Механизмы сцепления железнодорожного подвижного состава

Сцепные устройства для поездов: конструкция, типы и история развития. Обеспечение прочности, надежности и безопасности при соединении вагонов.

26 мин чтения

100%

Источник: Railway coupling — Wikipedia

Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.

Содержание

Введение

Механизм соединения вагонов в составе поезда

Сцепное устройство – это механизм, как правило расположенный на каждом конце железнодорожного вагона, который соединяет их вместе, формируя поезд. Оборудование, соединяющее сцепные устройства с вагонами, называется амортизатором сцепления или сцепной передачей, и оно должно поглощать напряжения, возникающие при сцеплении, и ускорение поезда. За всю историю железнодорожного транспорта в мире было разработано множество конструкций и типов сцепных устройств. Ключевыми требованиями к конструкции являются прочность, надежность, простота и эффективность использования, а также безопасность персонала. Автоматические сцепные устройства срабатывают автоматически при сближении вагонов. Современные модели обеспечивают не только механическое соединение, но и могут соединять тормозные и информационные линии. В разных странах используются различные типы сцепных устройств. В то время как на железных дорогах Северной Америки и в Китае используются сцепные устройства Janney, на железных дорогах бывшего Советского Союза – сцепные устройства СА3, а в европейских странах – винтовые сцепные устройства. Возникают трудности и осложнения при сцеплении вагонов с разными типами сцепных устройств. Для решения этой задачи используются переходные платформы, также называемые согласосительными вагонами, вагонами с двойными сцепными устройствами или адаптерами.

Номенклатура

Совместимые и аналогичные соединения или соединители часто обозначаются сильно отличающимися торговыми марками, брендами, региональными названиями или прозвищами, что может затруднять описание стандартных или типичных конструкций. Размеры и характеристики, указанные в этих статьях, обычно относятся к номинальным или типичным компонентам и системам, хотя стандарты и практика также значительно различаются в зависимости от железной дороги, региона и времени. Буфер (Buff): состояние сжатия вагонов в составе (одного или нескольких соединенных вагонов); противоположно растяжению.

Буферы и цепочка

Основным типом сцепления на железных дорогах, следуя британской традиции, является буферное и цепное сцепление. Большая цепь из трех звеньев соединяет крюки на смежных вагонах. Эти сцепления развились из более ранней трамвайной практики, но были стандартизированы. Буферы на раме вагона поглощали ударные нагрузки, например, когда поезд обгонял замедляющийся локомотив. Простую цепь нельзя было натянуть, и это свободное сцепление допускало значительные продольные перемещения и толчки между вагонами, а также рывки при трогании с места. Хотя это было приемлемо для минеральных полувагонов, такое сцепление обеспечивало некомфортную поездку в пассажирских вагонах, поэтому цепь была усовершенствована путем замены центрального звена винтом с левой резьбой с одной стороны и правой – с другой. В центре винта расположен корпус рукоятки с шарнирной сферической рукояткой. Такая конструкция, напоминающая натяжной винт, позволяет сближать вагоны, затягивая винт прикрепленной рукояткой. Обычно винт затягивают до двух витков резьбы рядом с корпусом рукоятки. На стороне сцепления к гайке сцепления прикреплена опора для удержания рукоятки винта, предотвращая его ослабление во время использования сцепления. Официальное название этого типа сцепления – винтовое сцепление или UIC-сцепление в соответствии с европейским стандартом EN 15566 «Сцепное устройство и винтовое сцепление». Упрощенная версия, более быстрая в установке и снятии, также использовала три звена, но центральное звено имело Т-образный прорезь. Его можно было поворачивать вдоль, чтобы удлинить, обеспечивая сцепление, а затем поворачивать вертикально в более короткое положение, плотнее соединяя вагоны. Более высокие скорости, связанные с грузовыми поездами с автоматическими сцепными устройствами, сделали натяжное винтовое сцепление необходимым. Самые ранние «глухие буферы» представляли собой фиксированные продолжения деревянных рам вагонов, но позже были введены пружинные буферы. Первыми были жесткие подушки из конского волоса, обтянутые кожей, затем стальные пружины и, наконец, гидравлическая амортизация. Это сцепление до сих пор широко распространено в Западной и Центральной Европе, а также в некоторых частях Северной Африки, Ближнего Востока и Южной Азии.

The basic type of coupling on railways following the British tradition is the buffer and chain coupling. A large chain of three links connects hooks on the adjoining wagons. These couplings followed earlier tramway practice but were made more regular. Buffers on the frame of the wagon absorbed impact loads, as the train overran a slowing locomotive. The simple chain could not be tensioned, and this loose coupling allowed a great deal of back and forth movement and bumping between cars, as well as jarring when trains started. While acceptable for mineral cars, this coupling made for an uncomfortable ride in passenger coaches, so the chain was improved by replacing the center link with a screw with a left hand thread on one side and a right hand thread on the other. In the center of the screw is the handle housing with a hinged ball handle attached. This turnbuckle style arrangement allows the vehicles to be pulled together by tightening the screw with the attached handle. Typically, the screw is tightened until there are two threads left next to the handle housing. A support is attached to the trunnion nut on the coupling link side to rest the handle of the screw to prevent loosening of the screw while the coupling is in use. The official name of this type of coupling is screw coupling or UIC coupling according to the European standard EN 15566 Draw gear and screw coupling. A simplified version of this, quicker to attach and detach, still used three links but with the centre link given a T shaped slot. This could be turned lengthwise to lengthen it, allowing coupling, then turned vertically to the shorter slot position, holding the wagons more tightly together. Higher speeds associated with fully fitted freight made the screw tensioned form a necessity. The earliest 'dumb buffers' were fixed extensions of the wooden wagon frames, but later spring buffers were introduced. The first of these were stiff cushions of leather covered horsehair, later steel springs and then hydraulic damping. This coupling is still widespread in Western and Central Europe and in parts of Northern Africa, the Middle East and South Asia.

Соединение балансового рычага

Балансирная рычажная сцепка, также известная как центральная буферная сцепка с двумя винтовыми сцепками, – это сцепное устройство, широко используемое на узкоколейных железных дорогах с крутыми поворотами. Путем замены тяговых и толкающих устройств стандартная винтовая сцепка, применяемая на железных дорогах широкой колеи, была адаптирована в центральную буферную сцепку с одной винтовой сцепкой с каждой стороны буфера. Винтовые сцепки соединены с компенсационным рычагом, который вращается на вертикальной цапфе центрального буферного стержня, обеспечивая равномерное распределение тягового усилия между двумя винтовыми сцепками.

Альберт Куплер

Чтобы избежать проблем с безопасностью, Карл Альберт, в то время директор Крефельдского трамвая, разработал сцепное устройство Альберта в 1921 году. Сцепное устройство Альберта представляло собой шпоночное соединение с двумя штифтами. Соединяемые вагоны подкатывались друг к другу, при этом оба сцепных устройства смещались в одну сторону. Один штифт вставлялся, затем вагоны подтягивали, чтобы выровнять соединение, и вставлялся второй штифт. Эта операция не требовала высокой точности при маневрировании. Благодаря цельной конструкции, обеспечивался минимальный люфт. Система получила широкое распространение в трамвайных и узкоколейных сетях. В 1960-х годах большинство городов заменили их автоматическими сцепными устройствами. Однако даже в современных вагонах сцепные устройства Альберта устанавливаются в качестве аварийных для буксировки неисправного транспортного средства.

Крюк и платформа Миллера

Ссылка и штифт были заменены в североамериканском железнодорожном транспорте в конце XIX века конструкцией, известной как платформа Миллера, которая включала в себя новый сцепной прибор, называемый крюком Миллера. Платформа Миллера (и крюковой сцепной прибор) использовалась несколько десятилетий, прежде чем её заменил сцепной прибор Дженни.

Норвежский

Норвежская сцепка состоит из центрального буфера с подвижным крюком, который опускается в прорезь центрального буфера. На противоположном буфере может также быть U-образный предохранительный захват, который накидывается сверху крюка для его фиксации. В качестве предохранительного устройства может использоваться и цепь с шарообразным грузом на конце, который перебрасывается через крюк для удержания его в положении. Иногда норвежская сцепка дополняется вспомогательными цепями. Норвежская сцепка также известна как сцепка Ллойда, названная в честь британского производителя F. H. Lloyd & Co. Ltd вблизи Веднесбери, или как сцепка "мясорубка", по форме подвижного крюка. Норвежская сцепка обеспечивает возможность прохождения более крутых поворотов, чем буферная и цепная сцепка, что является преимуществом на узкоколейных железных дорогах, где низкие скорости и уменьшенные нагрузки поездов позволяют использовать более простую систему. Норвежская сцепка используется исключительно на узкоколейных железных дорогах с шириной колеи 1067 мм и менее, а также 1000 мм, в Великобритании и её бывших колониях. Например, она применяется на железной дороге острова Мэн, на правительственных железных дорогах Западной Австралии, в Танзании, на железной дороге Ффестиниог, на железной дороге Линтон и Барнстапл и на железной дороге Уэльского высокогорья.

Радиальные сцепки

В Южной Африке использовались две версии радиального сцепления. Один, сцепное устройство Джонстона, обычно известное как сцепное устройство типа "колокол, штифт и палец", было введено в 1873 году и по принципу действия и совместимо со сцепными устройствами типа "штифт и палец", но имеет форму колокола с круглой соединительной поверхностью. Другое, колокольно-крюковое сцепное устройство, было введено в 1902 году и аналогично норвежскому сцепному устройству, но также имеет круговую соединительную поверхность и карман, открытый в верхней части соединительной поверхности, для размещения прицепного крюка.

Ключатель Джонстона

Соединитель Джонстона, обычно известный как колоколовый сцеп и штифтовое соединение из-за своей колоколообразной формы, был впервые внедрен в Капской колонии в 1873 году, после создания Капских государственных железных дорог (CGR) в 1872 году и решения правительства Капа расширить железнодорожную сеть вглубь страны и перевести существующие пути с ширины в 42 дюйма на Капскую ширину колеи. Все новые локомотивы и подвижной состав Капской ширины колеи, приобретенные с 1873 года, оснащались этими или аналогичными сцепными устройствами, начиная с CGR 0-4-0ST 1873 года – строительного локомотива под названием Little Bess. Натальские государственные железные дороги (NGR), созданные в колонии Натал в 1875 году, последовали этому примеру, и все локомотивы и подвижной состав, приобретенные этой железной дорогой, оснащались соединителями Джонстона, начиная с NGR Class K 2-6-0T в 1877 году. Аналогично, в 1889 году, когда первые локомотивы были получены вновь образованной Нидерландской южноафриканской железнодорожной компанией в Южноафриканской Республике, они были оснащены соединителями Джонстона. В отличие от 24-дюймовых узкоколейных железных дорог CGR, железные дороги NGR также использовали соединители Джонстона. Первая из этих узкоколейных линий была введена в эксплуатацию в 1906 году, когда первые локомотивы NGR класса N 4-6-2T поступили на ветку Винен, отходящую от Эсткурта. Соединение и разъединение осуществлялись вручную, что представляло высокую опасность серьезных травм или смерти для членов бригады, которым приходилось проходить между движущимися вагонами, чтобы направить сцеп в карман сцепного устройства при соединении. Соединители Джонстона постепенно начали заменяться на Южноафриканских железных дорогах с 1927 года, но не на узкоколейном подвижном составе. Все новые локомотивы и подвижной состав Капской ширины колеи, приобретенные с этого года, оснащались сцепными устройствами AAR с автоматической центровкой. Переоборудование всего старого подвижного состава заняло несколько лет, и оба типа сцепных устройств все еще можно было увидеть на некоторых вагонах до конца 1950-х годов. В течение переходного периода сцепные устройства с автоматической центровкой на многих локомотивах имели горизонтальный зазор и вертикальное отверстие в самом сцепном устройстве для размещения, соответственно, сцепа и штифта, чтобы обеспечить возможность соединения с вагонами, которые все еще были оснащены старыми соединителями Джонстона.

The Johnston coupler, commonly known as a bell link and pin coupler from its bell shape, was first introduced in the Cape of Good Hope in 1873, following the establishment of the Cape Government Railways (CGR) in 1872 and the decision by the Cape government to expand the railways into the interior and to convert the existing tracks from to 42 inches Cape gauge. All new Cape gauge locomotives and rolling stock acquired from 1873 were equipped with these or similar couplers, beginning with the CGR 0 4 0ST of 1873, a construction locomotive named Little Bess. The Natal Government Railways (NGR), established in the Colony of Natal in 1875, followed suit and all locomotives and rolling stock acquired by that railway were equipped with Johnston couplers, beginning with the NGR Class K 2 6 0T in 1877. Likewise, in 1889, when the first locomotives were obtained by the newly established Netherlands South African Railway Company in the Zuid Afrikaansche Republiek, they were fitted with Johnston couplers. Unlike the 24 inches narrow gauge railways of the CGR, those of the NGR also made use of Johnston couplers. The first of these narrow gauge lines came into operation in 1906, when the first NGR Class N 4 6 2T locomotives entered service on the Weenen branch out of Estcourt. Coupling and uncoupling were done manually, which posed a high risk of serious injury or death to crew members, who had to go between moving vehicles to guide the link into the coupler pocket during coupling. Johnston couplers gradually began to be replaced on the South African Railways from 1927, but not on narrow gauge rolling stock. All new Cape gauge locomotives and rolling stock acquired from that year were equipped with AAR knuckle couplers. Conversion of all older rolling stock was to take several years and both coupler types could still be seen on some vehicles into the late 1950s. During the transition period, knuckle couplers on many locomotives had a horizontal gap and a vertical hole in the knuckle itself to accommodate, respectively, a link and a pin, to enable it to couple to vehicles which were still equipped with the older Johnston couplers.

Ключатель с крючком и колокольчиком

Система соединения колокольчиками и крюками была впервые введена в Капской колонии в 1902 году, когда два локомотива CGR типа A 2 6 4T были приобретены в качестве строительных машин для новой узкоколейной железной дороги Avontuur, строящейся из Порт-Элизабет через Лангклуф. В Южной Африке эти сцепные устройства использовались исключительно на узкоколейных линиях Капской колонии. Сцепное устройство аналогично норвежскому. Это радиальный сцеп, оснащенный сцепным карманом, открытым сверху со стороны сцепной поверхности. Вместо сцепки и штырей используется тяговый крюк, который при соединении соскальзывает на штырь тягового крюка сцепного устройства следующего вагона в составе. Для предотвращения случайного отсоединения тягового крюка сопрягаемого сцепного устройства, сцепной колокол оснащен предохранителем тягового крюка, обычно известным как уздечка, расположенным над сцепным карманом. Сцепное устройство, разработанное Ассоциацией американских железных дорог (AAR), также широко известно как «ба́ккай», «сустав» или «Альянс». AAR/APTA TypeE, TypeF и TypeH – все совместимы с конструкцией Janney, но используются для различных типов вагонов (универсальные грузовые, цистерны, роторные дозаторы, пассажирские и т.д.). Сцепное устройство Janney (или суставчатое) было изобретено Эли Х. Дженни, который получил патент на него в 1873 году. Оно также известно как «ба́ккай», особенно в Великобритании, где некоторые единицы подвижного состава (в основном для пассажирских поездов) оснащены им. Дженни был клерком по продаже сухих товаров и бывшим офицером армии Конфедерации из Александрии, штат Вирджиния, который использовал свои обеденные перерывы для вырезания из дерева альтернативы сцепке с штырями. Название «ба́ккай» происходит от прозвища штата Огайо в США, «Buckeye State», и компании Ohio Brass Company, которая первоначально продавала это сцепное устройство. В 1893 году, убедившись, что автоматическая сцепка может соответствовать требованиям коммерческих железнодорожных перевозок и при этом безопасно эксплуатироваться, Конгресс США принял Закон о безопасности оборудования. Его успех в повышении безопасности на сортировочных станциях был поразительным. В период с 1877 по 1887 год примерно 38% всех несчастных случаев с железнодорожными рабочими были связаны с процессом сцепки. Этот процент снизился, когда железные дороги начали заменять сцепки с штырями на автоматические. К 1902 году, всего через два года после вступления в силу Закона о безопасности оборудования, несчастные случаи, связанные со сцепкой, составляли лишь 4% от всех несчастных случаев с сотрудниками. Количество несчастных случаев, связанных со сцепкой, сократилось с почти 11 000 в 1892 году до чуть более 2000 в 1902 году, хотя число работников железных дорог неуклонно росло в течение этого десятилетия. Когда сцепное устройство Janney было выбрано в качестве североамериканского стандарта, существовало 8000 запатентованных альтернатив. Существует множество конструкций сцепных устройств AAR, предназначенных для удовлетворения требований различных конструкций вагонов, но все они должны иметь определенные общие размеры, позволяющие одной конструкции соединяться с любой другой. Сцепное устройство Janney используется в Соединенных Штатах, Канаде, Мексике, Японии, Индии, Тайване, Австралии, Новой Зеландии, Южной Африке, Саудовской Аравии, Кубе, Чили, Бразилии, Португалии, Китае и многих странах Африки, как со стандартной, так и с узкой колеей. Сцепное устройство Janney обычно обеспечивает только механическое соединение, только тип H добавляет автоматическое соединение пневматических и электрических линий.

The bell and hook coupling system was first introduced in the Cape of Good Hope in 1902, when two CGR Type A 2 6 4T locomotives were acquired as construction engines on the new 2 feet narrow gauge Avontuur Railway which was being constructed out of Port Elizabeth through the Langkloof. In South Africa, these couplers were used on only the narrow gauge lines in the Cape of Good Hope. The coupler is similar to the Norwegian coupler. It is a radial coupler with a coupler pocket which is open at the top of the coupling face. Instead of a link and pins, it makes use of a drawhook which, upon coupling, slides over the drawhook pin in the coupler of the next vehicle in the train. To prevent the drawhook of the mating coupler from accidental uncoupling, the coupler bell is equipped with a drawhook guard, commonly known as a bridle, above the coupler pocket. now the Association of American Railroads (AAR) coupler, is also commonly known as a buckeye, knuckle, or Alliance coupler. The AAR/APTA TypeE, TypeF, and TypeH couplers are all compatible Janney couplers, but used for different rail cars (general freight, tank cars, rotary hoppers, passenger, etc.). The knuckle coupler or Janney coupler was invented by Eli H. Janney, who received a patent in 1873 It is also known as a buckeye coupler, notably in the United Kingdom, where some rolling stock (mostly for passenger trains) is fitted with it. Janney was a dry goods clerk and former Confederate Army officer from Alexandria, Virginia, who used his lunch hours to whittle from wood an alternative to the link and pin coupler. The term buckeye comes from the nickname of the US state of Ohio, the "Buckeye State" and the Ohio Brass Company which originally marketed the coupling. In 1893, satisfied that an automatic coupler could meet the demands of commercial railroad operations and, at the same time, be manipulated safely, the United States Congress passed the Safety Appliance Act. Its success in promoting switchyard safety was stunning. Between 1877 and 1887, approximately 38% of all railworker accidents involved coupling. That percentage fell as the railroads began to replace link and pin couplers with automatic couplers. By 1902, only two years after the SAA's effective date, coupling accidents constituted only 4% of all employee accidents. Coupler related accidents dropped from nearly 11,000 in 1892 to just over 2,000 in 1902, even though the number of railroad employees steadily increased during that decade. When the Janney coupler was chosen to be the North American standard, there were 8,000 patented alternatives to choose from. Many AAR coupler designs exist to accommodate requirements of various car designs, but all are required to have certain dimensions in common which allow for one design to couple to any other. The Janney coupler is used in the United States, Canada, Mexico, Japan, India, Taiwan, Australia, New Zealand, South Africa, Saudi Arabia, Cuba, Chile, Brazil, Portugal, China and many countries in Africa both standard gauge and narrow gauges. The Janney coupler generally provides only mechanical coupling, only Type H adds automatic connections of pneumatic and electrical lines.

Ключатель Henricot

Сцепка Хенрико — это вариант сцепки Яннея, разработанная бельгийским инженером и предпринимателем Эмилем Хенрико из Кор-Сен-Этьен. Она используется на некоторых электропоездах (EMU) Национальной железнодорожной компании Бельгии, включая Automotrice AM75.

Уиллисон/SA3

Сцепление Уиллисона было разработано в США в 1916 году для устранения недостатков сцепления Дженни. Российское сцепление SA3 работает по тем же принципам, что и сцепление AAR, но эти два типа несовместимы. Оно было внедрено в Советском Союзе в 1932 году на основе британского патента и с тех пор используется на всей сети 1520 мм, включая Монголию. Финские локомотивы оснащены сцеплениями Unilink, которые могут соединяться как с сцеплениями UIC, используемыми в финском подвижном составе, так и с сцеплениями SA3, используемыми в российском подвижном составе. Оно также используется на сетях Ирана и на линии Мальмбана в Швеции для перевозок руды. Некоторые вагончики тростниковой узкоколейки с шириной колеи 610 мм в Квинсленде были оснащены миниатюрными сцеплениями Уиллисона. Оно было внедрено на узкоколейной железной дороге Avontuur Южно-Африканских железных дорог в 1973 году. Максимальная сила, которую может выдержать сцепление SA3, как на растяжение, так и на сжатие, составляет около… Максимальное допустимое тяговое усилие для SA3 ограничено… согласно российским техническим документам. Предлагаемое европейское автоматическое сцепное устройство совместимо с российским, но предусматривает автоматические соединения воздуха, управления и питания. Внедрение постоянно откладывается, за исключением нескольких пользователей. Подробности – в разделе «Европа» ниже. Сцепление SA3 напоминает сжатый кулак левой руки. Сцепление SA3 – одно из самых прочных в мире: максимальный вес поезда, использующего этот тип сцепления, составляет около 8000 тонн, однако оно обеспечивает только механическое сцепление. Добавление автоматических электрических и пневматических соединений – сложная задача. Существует множество вариантов и торговых марок этих сцепных устройств. По состоянию на 2020 год компания CAF разрабатывает автоматическое сцепное устройство на базе SA3, которое может заменить буферные и винтовые сцепки на европейских железных дорогах.

Единоборщик/межсоединитель

Unicoupler был разработан компанией Knorr из Западной Германии в 1970-х годах, параллельно с совместимым устройством Intermat, разработанным VEB Waggonbau Bautzen из Восточной Германии. Сцепное устройство Unicoupler/Intermat способно автоматически соединять две пневматические линии и до шести электрических соединений. Оно механически совместимо со сцепными устройствами SA 3 и Willison (однако пневматические и электрические соединения необходимо осуществлять вручную). Unicoupler также известен как AK69e. Максимальный вес поезда, использующего этот тип сцепного устройства, составляет около 6000 тонн. Неудача с внедрением AK69e и Intermat связывается с экономической целесообразностью. По состоянию на 2020 год он имеет ограниченное применение, принят на иранских железных дорогах и также используется в Германии на поездах, перевозящих железную руду между Гамбургом и Зальцгиттером.

C-AKv

Сцепка C AKv (также называемая Transpact) – более новая компактная сцепка Willison, разработанная Faiveley Transport. Она механически совместима со сцепкой SA3 (но пневматические и электрические соединения необходимо выполнять вручную), полностью совместима с Unicoupler и, при установке дополнительных буферов, может быть соединена и с обычной европейской винтовой сцепкой. Сцепка C AKv позволяет автоматически соединять две пневматические линии. По состоянию на 2020 год её применение ограничено поездами, перевозящими железную руду между Роттердамом и металлургическим заводом Дилленгена, а также лигнит между Вёльцицем и Буной в Германии.

Z-AK

Z AK – еще один сцепной автомат конструкции Уиллисона, разработанный компанией Knorr Bremse. Он был создан в ответ на явный провал сцепных устройств Unicoupler/Intermat. Он совместим с буферами и винтовым сцепным устройством. Это один из немногих автоматических сцепных автоматов, не способных воспринимать растягивающие усилия, поэтому железнодорожные транспортные средства, использующие этот тип сцепного устройства, должны быть дополнительно оснащены буферами.

Сцепление с однополосной сцепкой

Соединительное устройство Unilink – это соединительное устройство, используемое в странах СНГ, граничащих с Россией, таких как Финляндия или Украина. Устройство совместимо как с SA3, так и с винтовым сцеплением. Оно представляет собой сцепку SA3 с дополнительным рогом, позволяющим присоединять петлю винтового сцепления, и винтовое сцепление, которое соединяется с крюком вагонов, оснащенных винтовыми сцеплениями. Когда винтовое сцепление не используется, петля сцепления опирается на держатель с левой стороны устройства. Подвижной состав, оснащенный соединительными устройствами Unilink, также оборудован боковыми буферами, которые необходимы при использовании винтового сцепления. Финляндия использует пассажирские вагоны, оснащенные винтовыми сцеплениями, поскольку они обладают преимуществом перед SA3 – обеспечивают отсутствие люфта при движении, так как винтовые сцепления всегда находятся в натяжении, а боковые буферы не расходятся при нормальной эксплуатации. Большинство финских грузовых вагонов также оснащены винтовыми сцеплениями. Только некоторые тяжелые грузовые вагоны и российская техника оснащены сцепками SA3.

Автоматическая контактная сварка с отбеливанием (ABC-сварка)

Автоматический буферный контактный сцеп, более известный как сцеп ABC, был изобретен Дж. Т. Джепсоном, запатентован в Великобритании в 1906 году и производился компанией A. B. C. Coupler and Engineering Company Limited на заводе в Вулвергемптоне. Сцеп состоит из скобы, которая выступает из центрального буфера и зацепляется за крюк в противоположном буфере при контакте. Не задействованная скоба противоположного сцепа опирается на задействованную скобу, удерживая ее от разъединения своим весом. Для разъединения сцепления ABC поднимается верхняя скоба, которая не задействована. Это приводит к тому, что хвостовой рычаг, прикрепленный к скобе, поднимает задействованную скобу с крюка, освобождая сцепление. В 1912 году была представлена улучшенная версия сцепления с более надежным запорным механизмом, в котором пружинный предохранительный стержень блокировал диск, выполняющий функцию крюка. Этот дисковый крюк поворачивался в заблокированное положение под действием приближающейся скобы противоположного сцепления. Для разъединения сцепления было достаточно освободить предохранительный стержень, потянув за цепь или рукоятку, что позволяло диску-крюку вращаться. Сцеп применялся в основном на узкоколейных железных дорогах британских колоний, таких как, например, железная дорога Баучи в Нигерии, Цейлон, Гондурас или железная дорога Калка-Шимла в Индии.

Стернс и Уорд

Сцепное устройство Стернса и Уорда, известное как сцепное устройство Уорда в Великобритании, названо в честь двух американских изобретателей, Роберта Б. Стернса и Фрэнка Д. Уорда, которым совместно был выдан патент в 1903 году. Сцепное устройство было специально разработано для использования на эстакадных железных дорогах.

Для сцепления вагоны необходимо сдвинуть вместе. Язык головки каждого сцепного устройства входит в зевочную часть головки противоположного сцепного устройства, где крючок на языке поворачивает вертикально установленный, пружинный штифт сцепления, преодолевая сопротивление пружины. Как только крючок проходит мимо штифта сцепления, сила пружины возвращает штифт в исходное положение, фиксируя головку крючка в сцепленном состоянии. В сцепленном состоянии головки сцепных устройств могут свободно перемещаться по вертикали, что должно предотвратить увлечение других вагонов в случае схода с рельсов на эстакадной железной дороге. Разъединение осуществляется поворотом штифта сцепления против силы пружины с помощью рычага, приводимого в действие штангой или фиксированным стержнем с рукоятками, до которых можно дотянуться сбоку от поезда, вдали от контактного рельса.

Многофункциональные соединители

Многофункциональные соединители (МФС), или полностью автоматические соединители, обеспечивают все соединения между вагонами (механические, пневматические тормозные и электрические) без участия человека, в отличие от автоматических или полуавтоматических соединителей, которые обеспечивают только механическое соединение. Большинство поездов, оснащенных такими соединителями, – это моторвагонные составы, особенно используемые в системах массового транспорта. В мире используется несколько конструкций полностью автоматических соединителей, включая соединитель Scharfenberg, различные гибриды сцепных устройств, такие как Tightlock (применяется в Великобритании), Wedglock, соединители Dellner (внешне похожие на соединители Scharfenberg), BSI (Bergische Stahl Industrie, теперь Faiveley Transport) и соединитель Schaku Tomlinson Tightlock. Существует ряд других автоматических железнодорожных соединителей, аналогичных соединителю Scharfenberg, но не обязательно совместимых с ним. Старые операторы пригородного транспорта в США продолжают использовать эти электропневматические конструкции соединителей, не относящиеся к типу Janney, и используют их на протяжении десятилетий.

Westinghouse H2C

Сцепные устройства Westinghouse H2C, предшественником которых было H2A и которые впервые применялись на вагонах BMT Standard, а затем в сериях от R1 до R9, в настоящее время используются на вагонах метрополитена Нью-Йорка серий R32, R42, R62, R62A, R68 и R68A. Как правило, передние концы вагонов (концы A) оснащены сцепными устройствами Westinghouse, а задние концы (концы B) – либо полупостоянным стяжным брусом, либо сцепными устройствами Westinghouse.

WABCO N-тип

Сцепное устройство типа WABCO N было впервые разработано для прототипа системы Pittsburgh Skybus, с начальной моделью N 1, применявшейся только к трем вагонам Skybus. Обновленная модель N 2 с большим диапазоном подтягивания была впервые применена к новым вагонам скоростного транспорта "Airporter" на линии Cleveland Rapid Transit. Модель N 2 использовала облегченный механизм сцепления, подвешенный под центральной балкой, для обеспечения широких колебаний, необходимых для прохождения крутых поворотов. Это делало N 2 непригодным для использования на основных железнодорожных линиях, 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 на Budd Metropolitan EMU с 138 контактами. Начиная с 1970-х годов N 2 A устанавливался на всю серию MU SEPTA Silverliner, серию MU NJT Arrow и серию M MU железных дорог Metro North Railroad/Long Island Rail Road. N 2 также использовался на PATCO Speedline, но был заменен из-за проблем с электрическими контактами. Позже WABCO создала новую модель N 3 для системы BART с диапазоном подтягивания, который требовал прямоугольную воронку. Сцепное устройство типа WABCO N иногда называют штифтовым сцеплением или сцеплением с наконечником.

Томлинсон

Соединитель Томилинсона был разработан компанией Ohio Brass и используется на линиях метро Тайбэя с высокой пропускной способностью.

Ключатель Шарфенберга

Сцепление Шарфенберга (Scharfenbergkupplung или Schaku) является, вероятно, наиболее часто используемым типом полностью автоматического сцепления. Разработанное в 1903 году Карлом Шарфенбергом в Кенигсберге, Германия (ныне Калининград, Россия), оно постепенно распространилось от транзитных поездов к поездам регулярного пассажирского сообщения, хотя за пределами Европы его применение обычно ограничено системами массового транспорта. Сцепление Schaku во многих отношениях превосходит другие автоматические сцепления, поскольку автоматически обеспечивает пневматическое и электрическое соединение и способно к автоматическому расцеплению. Однако единого стандарта для расположения этих электропневматических соединений не существует. Некоторые железнодорожные компании размещают их по бокам, а другие – над механической частью сцепления Schaku. Небольшие пневматические цилиндры, воздействующие на вращающиеся головки сцепления, обеспечивают надежное зацепление Schaku, исключая необходимость в ударном соединении. Соединение вагонов пассажирского поезда может выполняться на очень низкой скорости (меньше, чем на конечном этапе сближения), чтобы избежать толчков для пассажиров. Производители железнодорожного оборудования, такие как Bombardier, предлагают сцепление Schaku в качестве опции для своих систем массового транспорта, пассажирских вагонов и локомотивов. В Северной Америке все поезда Монреальского метро оснащены им, а также новые системы легкорельсового транспорта в Денвере, Балтиморе и Нью-Джерси. Оно также используется в легкорельсовых транспортных средствах в Портленде, Миннеаполисе, Ванкуверском Скайтрейне и на линии 3 Скарборо в Торонто. В Новой Зеландии оно установлено на электрических поездах класса AM пригородной железнодорожной сети Окленда и на поездах Matangi в Веллингтоне. Им также оснащен весь специализированный подвижной состав, используемый для шаттлов в Евротоннеле. Максимальная грузоподъемность, по данным на 2020 год, компании Voith и Dellner разрабатывают автоматическое сцепление на базе Schaku, которое может заменить буферные и винтовые сцепления на европейских железных дорогах.

Деллнер

Шведская сцепка Dellner является запатентованной версией сцепки Scharfenberg, обеспечивающей одновременное соединение транспортного средства, пневматических и электрических систем. Патентованная технология поглощения энергии D BOX позволяет выполнять сцепление на скоростях до [значение скорости] км/ч без структурных повреждений и до [значение скорости] км/ч с деформацией, но при этом транспортные средства остаются на пути. Патентованная система D REX обеспечивает высокоскоростное подключение данных по Ethernet со скоростью 100 Мбит/с.

Сцепление с брачным звеном

Сцепление Wedglock получило свое название благодаря пневматическим клинам, которые фиксируют движущиеся части головки сцепления в зацепленном положении. Это стандартное автоматическое сцепное устройство, используемое на поездах лондонского метрополитена. Сцепление было внедрено в 1936 году и производится компаниями William Cook Rail и Voith. Торцевая часть сцепления имеет выступающий подвижный штырь, который вставляется в раструб противоположного сцепления при соединении. После полного зацепления этих механических элементов их положение фиксируется клинами, приводимыми в действие пневматическим цилиндром. Пневматические камеры расположены под механическим соединением. Они просто прижимаются друг к другу и герметизируются резиновыми элементами. По обе стороны от механического соединения находятся электрические контактные блоки, состоящие из ряда штыревых контактов. В разъединенном состоянии контакты защищены так называемыми "голландскими духовками". Эти крышки приводятся в действие механически и открываются при приближении другого сцепления.

Крепление GF

Соединительное устройство GF, иногда также записываемое как +GF+, производится компанией Georg Fischer в Шаффхаузене, Швейцария, и широко использовалось на швейцарских железных дорогах и на транспортных средствах, выпускаемых швейцарской железнодорожной промышленностью. Оно было впервые представлено на Швейцарской национальной выставке в Берне в 1914 году. Было доступно три варианта: GFN для пригородных железных дорог, GFT для трамваев и GFV для городского транспорта.

Сцепление Шибата

Сцепление Шибата — это вариант сцепления Шарфенберга, разработанный инженером Японских государственных железных дорог (JGR) Мамору Шибатой [ja] в 1930-х годах для электропоездов. Оно является стандартным типом сцепления для всех пассажирских поездов в Японии, а также для пригородных и метрополитенов в Южной Корее. Подвижной состав поездов Синкансэн (высокоскоростных поездов) использует вариант сцепления Шибата, разработанный компанией Sumitomo Metal Industries в 1960-х годах, который применяет вращающиеся запирающие штифты и, примечательно, больше напоминает сцепление Шарфенберга, чем сцепление Шибата.

Двойные сцепления и вагоны-соединители

Иногда вагон с одной системой сцепления необходимо соединить с вагонами с другим типом сцепления. Это может потребоваться, например, при перевозке вагонов метро от производителя в город их эксплуатации. Существует несколько решений:

использовать барьерный вагон, имеющий различные типы сцепления на обоих концах; использовать адаптер сцепления; использовать переходной вагон, оснащенный двойным сцеплением обоих типов на концах. Одновременное использование нескольких типов сцепления на одном конце вагона ограничено, в частности, необходимостью обеспечения одинаковой высоты расположения. Например, в австралийском штате Виктория локомотивы были оснащены сцеплением AAR с буферами и цепью, крепившейся к выступу на корпусе сцепления AAR. Барьерные вагоны (в Великобритании) и "переходные вагоны" (в Северной Америке) имеют различные типы сцепления на каждом конце. При использовании пары барьерных вагонов можно включить в состав поезда группу вагонов, использующих сцепление типа А, в состав поезда, использующего сцепление типа В. Адаптер сцепления или компромиссное сцепление может соединяться с сцеплением AAR на вагоне и обеспечивать соединение, например, со сцеплением типа "мясорубка" или сцеплением для скоростного транспорта, на следующем вагоне. Вес такого адаптера может составлять… Адаптер позволяет соединить сцепление Janney со сцеплением SA3.

Коляски

Автоматические сцепки, такие как Janney, безопаснее при столкновении, поскольку они помогают предотвратить сминание вагонов. Поэтому British Rail решила использовать вариант сцепки Janney для своих пассажирских вагонов, при этом сцепка могла отводиться в сторону для сцепления с локомотивами с традиционной системой буферов и цепей. В штате Новый Южный Уэльс составы вагонов постоянно соединялись фиксированной перекладиной, так как вагоны разъединялись только в депо. Грузовые вагоны иногда соединяют попарно или тройками, используя между ними стяжные сцепки. Сцепленные составы вагонов или платформ имеют общие промежуточные тележки и не нуждаются в сцепках в промежуточных позициях.

Перекрестные соединения

Для любых систем непрерывного торможения требуются муфты.

Электроуправляемые тормоза

Для электронно-управляемых пневматических тормозов (ЭПП) требуется способ электрического соединения смежных вагонов как для подачи питания, так и для передачи командных сигналов, который может быть реализован с помощью вилок и разъемов или радиосигналов ближнего действия.

Прибор для тяги

Притяжной механизм (также известный как тяговый механизм) – это узел, расположенный за сцепным устройством на каждом конце вагона, предназначенный для гашения сил сжатия и растяжения между вагонами поезда. Первые притяжные механизмы изготавливались из дерева, которое впоследствии было постепенно заменено сталью. В сцепных устройствах Janney притяжной механизм расположен в центральной балке для поглощения сил тяги и толчка (действие с провисанием). Притяжной механизм также используется в конструкции тегтеблоковых, SA3, C AKv, сцепных устройств Scharfenberg и других многофункциональных сцепных устройств. В случае буферных и цепных сцепных устройств, притяжной механизм, если он присутствует, гасит силы растяжения, а боковые буферы – силы сжатия. Некоторые сцепные устройства могут не иметь притяжного механизма.

Модельные железнодорожные сцепки

На модельных железных дорогах сцепления различаются в зависимости от масштаба и эволюционировали на протяжении многих лет. Ранние модели поездов соединялись с использованием различных крючковых и петельчатых устройств, которые часто были асимметричными, требуя, чтобы все вагоны были направлены в одном направлении. В более крупных масштабах довольно распространены рабочие или близкие к масштабу модели сцеплений Janney, но они оказались непрактичными в HO и более мелких масштабах. На протяжении многих лет сцепление "X2F" или "Horn Hook" было весьма распространено в масштабе HO, поскольку его можно было изготовить как единую деталь из литого пластика. Аналогично, на протяжении многих лет в этом масштабе обычно использовалось сцепление с "подъёмным крюком" под названием Rapido, разработанное немецким производителем моделей поездов N-масштаба Arnold. Главным конкурентом этих двух типов сцеплений, более популярным среди серьёзных моделистов, был Magne Matic – сцепление с костяшками, разъединяемое магнитом, разработанное Китом и Дейлом Эдвардсами и производимое компанией Kadee, которую они основали. Хотя они очень похожи на миниатюрные сцепления Janney, они несколько отличаются механически: костяшка поворачивается от центра головки сцепления, а не сбоку. Стальной штифт, имитирующий шланг тормозной системы, позволяет разъединять сцепления магнитом; конструкция головки сцепления предотвращает это, если поезд не остановлен или не движется задним ходом, а соединенная пара сцеплений находится непосредственно над разъединительным магнитом. Более ранняя, механически срабатывающая версия конструкции имела прямой штифт, выступающий вниз от самой костяшки, который зацеплялся за ромбовидную механическую "рампу" между рельсами, которую необходимо было поднять выше уровня рельсов при разъединении. После истечения срока действия патентов Kadee ряд других производителей начали производить аналогичные (и совместимые) магнитные сцепления с костяшками. Точная модель сцепления AAR в масштабе HO была разработана и изготовлена Фрэнком Серджентом. В этой конструкции используется крошечный шарик из нержавеющей стали для фиксации костяшки. Разъединение достигается удержанием магнитного стержня над парой сцеплений для извлечения шариков из фиксирующих углублений. В масштабе O точная, рабочая миниатюрная версия сцепления "Alliance" производилась с 1980-х годов компанией GAGO Models в Австралии. С 2002 года она продается компанией Waratah Model Railway Company. Европейские моделисты, как правило, используют сцепления с крюком и цепью. В британском масштабе 00 (аналогичном H0) стандартным является сцепление "tension lock", разработанное Tri-ang. Оно аналогично по принципу действия сцеплениям типа "мясорубка". Дистанционное разъединение возможно с помощью пружинной рампы между рельсами. Конструкция крюков такова, что сцепления не разъединяются при натяжении (вместо этого рампу прижимают). Когда поезд проезжает через рампу, она поднимает крюки сцепления по мере его движения. Остановив поезд над рампой, можно разъединить вагоны в этом месте. Хотя оно хорошо работает, оно часто считается некрасивым и громоздким (хотя доступны более мелкие конструкции, они не всегда полностью совместимы с другими моделями), и многие британские моделисты предпочитают устанавливать сцепления типа Kadee или рабочие сцепления с крюком и цепью. Недавней разработкой является взаимозаменяемое сцепление, которое подключается к стандартизированному разъему, известному как NEM 362, и которое можно легко отсоединить при необходимости. Это позволяет моделисту легко стандартизировать любое желаемое сцепление, без необходимости производителям менять свой тип сцепления. В масштабе 7 мм рабочие сцепления норвежского типа теперь производятся компанией Zamzoodled в Великобритании. Сравнение типов сцеплений было опубликовано в книге "Введение в сцепления".

On model railroads couplers vary according to scale, and have evolved over many years. Early model trains were coupled using various hook and loop arrangements, which were frequently asymmetrical, requiring all cars to be pointing in the same direction. In the larger scales, working scale or near scale models of Janney couplers were quite common, but proved impractical in HO and smaller scales. For many years, the "X2F" or "Horn Hook" coupler was quite common in HO scale, as it could be produced as a single piece of moulded plastic. Similarly, for many years, a "lift hook" coupler known as the Rapido and developed by Arnold, a German manufacturer of N scale model trains, was commonly used in that scale. The chief competitor of both these couplers, more popular among serious modellers, was the Magne Matic, a magnetically released knuckle coupler developed by Keith and Dale Edwards, and manufactured by Kadee, a company they started. While they closely resemble miniature Janney couplers, they are somewhat different mechanically, with the knuckle pivoting from the center of the coupler head, rather than from the side. A steel pin, designed to resemble an air brake hose, allows the couplers to be released magnetically; the design of the coupler head prevents this from happening unless the train is stopped or reversed with a mated pair of couplers directly over an uncoupling magnet. An earlier, mechanically tripped version of the design had a straight pin extending down from the knuckle itself, which engaged a diamond shaped mechanical "ramp" between the rails, which had to be raised above rail height when uncoupling was desired. Once the Kadee patents ran out, a number of other manufacturers began to manufacture similar (and compatible) magnetic knuckle couplers. An exact scale HO model of the AAR coupler has been designed and manufactured by Frank Sergent. This design uses a tiny stainless steel ball to lock the knuckle closed. Uncoupling is achieved by holding a magnetic wand over the coupler pair to draw the balls out of the locking pockets. In O scale, an exact scale working miniature version of the "Alliance" coupler was manufactured from the 1980s by GAGO models in Australia. Since 2002 it has been marketed by the Waratah Model Railway Company. European modellers tend to use scale hook and chain couplings. In British 00 scale (similar to H0 scale) models the 'tension lock' coupler developed by Tri ang is standard. This is similar in operation to the meatchopper type of coupling. Remote uncoupling is possible by using a sprung ramp between the rails. The design of the hooks is such that the couplings will not uncouple when under tension (instead depressing the ramp). When the train is pushed over the ramp, it will lift the coupling hooks as the train passes over. By halting the train over the ramp, it is split at this point. While it works well, it is often seen as ugly and obtrusive (although smaller designs are available, these are not always fully compatible with other models) and many British modellers prefer to retrofit either Kadee types or working hook and chain couplings. A recent development is an interchangeable coupling which plugs into a standardised socket, known as NEM 362 and which can be easily unplugged as required. This allows the modeller to easily standardise on whatever coupling is desired, without individual manufacturers needing to change their coupling type. In 7 mm scale, scale working Norwegian couplings are now being manufactured by Zamzoodled in the UK. A comparison of coupler types was published in "An introduction to Couplers".

Деревянные и пластиковые поезда

В игрушечных поездах используется большое разнообразие несовместимых сцепок.

Аварии

Разные типы сцепных устройств имеют разные показатели аварийности. В железнодорожной аварии в Мурулле 1926 года произошел обрыв прицепного крюка, что привело к неконтролируемому движению поезда вниз по склону и последующему столкновению. Прицепные крюки подразумевают использование буферных и цепных сцеплений. В железнодорожной аварии в Round Oak 1858 года сломалось сцепное устройство, и задняя часть поезда покатилась назад.