тележка подвижного состава железных дорог

Формула изобретения

1. Тележка подвижного состава железных дорог, содержащая надрессорную балку с центрально расположенным подпятником и двумя боковыми скользунами, поджатыми в упорные плиты боковых опор кузова упругими элементами, пружины рессорного подвешивания, через которые надрессорная балка оперта на боковые рамы, при этом часть пружин рессорного подвешивания связана с надрессорной балкой через клинья для создания продольных сил нажатия на фрикционные планки боковых рам, и колесные пары с буксовыми узлами, отличающаяся тем, что упругие элементы расположены в углублениях надрессорной балки, имеющих отверстия в нижнем листе, клинья, связывающие часть пружин рессорного подвешивания с надрессорной балкой, выполнены из антифрикционного материала и снабжены накладками из фрикционного материала, закрепленными на их вертикальных стенках и упирающимися во фрикционные планки боковых рам.

2. Тележка по п.1, отличающаяся тем, что упругие элементы выполнены из эластомерного материала в виде набора конусообразных амортизаторов, оперты снизу в нижний лист надрессорной балки, а сверху - в боковые скользуны для передачи вертикальных сил через фрикционные вставки на упорные плиты боковых опор кузова.

3. Тележка по п.1, отличающаяся тем, упругие элементы через фрикционные сегменты и клинья, прижимающие сегменты к внутренним поверхностям углублений надрессорной балки, оперты на боковые скользуны.

4. Тележка по п.1, отличающаяся тем, что упругие элементы, выполненные в виде пружин, оперты на боковые рамы через опоры и стержни со сферообразными торцами, проходящими через отверстия в углублениях надрессорной балки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к подвижному составу железных дорог и касается двухосных трехэлементных тележек грузовых вагонов.

Известна тележка подвижного состава железных дорог, содержащая надрессорную балку с подпятником и двумя боковыми скользунами, взаимодействующими с пятой и боковыми опорами кузова, пружины рессорного подвешивания, через которые надрессорная балка опирается на боковые рамы, при этом часть пружин рессорного подвешивания воспринимает нагрузку от надрессорной балки через клинья, которые создают продольные силы нажатия на фрикционные планки упорных поверхностей боковых рам. Боковые рамы опираются на буксовые узлы колесных пар. Тележка содержит также рычажную передачу тормоза (Вагоны. Под ред. Л.А.Шадура, М.: Транспорт, 1980 г., стр.182).

Недостатками известной конструкции тележки являются неудовлетворительные динамические качества вагона вследствие нестабильности момента сопротивления повороту тележек и наличия переменных зазоров в боковых скользунах, а также повышенная величина износа контактирующих поверхностей в клиновом механизме трения.

Известна также тележка подвижного состава железных дорог, взятая за прототип, содержащая надрессорную балку с центрально расположенным подпятником и двумя боковыми скользунами, поджатыми в упорные плиты боковых опор кузова упругими элементами, выполненными из эластомерного материала и установленными на надрессорной балке. Надрессорная балка оперта на боковые рамы через пружины рессорного подвешивания, при этом часть пружин связана с надрессорной балкой через клинья для создания продольных сил нажатия на фрикционные планки, закрепленные на упорных поверхностях боковых рам (Ефимов В.П., Пранов А.А. Модернизация тележки модели 18-100 - эффективный путь повышения безопасности движения поездов. Тяжелое машиностроение. 2003, №12, стр.6-9).

Применение такой конструкции тележки позволяет улучшить динамические качества вагона в прямых и кривых участках пути.

Недостатком указанной конструкции тележки является то, что упругие элементы боковых скользунов из-за ограниченной высоты между упорными плитами боковых опор кузова и надрессорной балкой имеют высокую жесткость и не обеспечивают в процессе эксплуатации стабильность сил нажатия на боковые опоры кузова, что приводит к нестабильности момента поворота тележки относительно кузова. С другой стороны, для обеспечения требуемого момента сопротивления повороту тележки по условиям движения груженого вагона по рельсовому пути необходимо увеличивать составляющую момента от сил трения в боковых скользунах и тем самым увеличивать относительный момент сопротивления повороту тележки для порожнего вагона при имеющейся постоянной силе нажатия упругих элементов боковых скользунов на боковые опоры кузова. То есть улучшая динамические качества вагона под нагрузкой брутто, ухудшаются динамические качества вагона под нагрузкой тара и наоборот.

Техническим результатом настоящего изобретения является обеспечение пропорциональности момента сопротивления повороту тележки загрузке вагона, повышение боковой устойчивости кузова, эффективности демпфирования колебаний боковой качки кузова и рессорного подвешивания, увеличение ресурса клинового механизма трения.

Указанный технический результат достигается тем, что в тележке подвижного состава железных дорог, содержащей надрессорную балку с центрально расположенным подпятником и двумя боковыми скользунами, поджатыми в упорные плиты боковых опор кузова упругими элементами, пружины рессорного подвешивания, через которые надрессорная балка оперта на боковые рамы, при этом часть пружин рессорного подвешивания связана с надрессорной балкой через клинья для создания продольных сил нажатия на фрикционные планки боковых рам, и колесные пары с буксовыми узлами, упругие элементы расположены в углублениях надрессорной балки, имеющих отверстия в нижнем листе, клинья, связывающие часть пружин рессорного подвешивания с надрессорной балкой, выполнены из антифрикционного материала и снабжены накладками из фрикционного материала, закрепленными на их вертикальных стенках и упирающимися во фрикционные планки боковых рам; кроме того, упругие элементы, выполненные из эластомерного материала в виде набора конусообразных амортизаторов, оперты снизу в нижний лист надрессорной балки, а сверху - в боковые скользуны для передачи вертикальных сил через фрикционные вставки на упорные плиты боковых опор кузова; упругие элементы через фрикционные сегменты и клинья, прижимающие сегменты к внутренним поверхностям углублений надрессорной балки, оперты на боковые скользуны; упругие элементы, выполненные в виде пружин, оперты на боковые рамы через опоры и стержни со сферообразными торцами, проходящими через отверстия в углублениях надрессорной балки.

На фиг.1 изображен общий вид тележки подвижного состава железных дорог, на фиг.2 - вид тележки в плане, на фиг.3 - поперечное сечение А-А фиг.1, на фиг.4 - элемент Б фиг.3 с упругим элементом в виде набора конусообразных амортизаторов, на фиг.5 - сечение В-В фиг.1 с упругим элементом в виде пружины, на фиг.6 - вариант исполнения сечения В-В с упругим элементом в виде эластичного блока, на фиг.7 - элемент Г фиг.3 с упругим элементом в виде пружины, на фиг.8 - элемент Д фиг.1.

Тележка подвижного состава железных дорог содержит надрессорную балку 1 (фиг.1 и 2), в центре которой расположен подпятник 2. С обеих сторон подпятника 2 в надрессорной балке 1 выполнены углубления 3 (фиг.4-7), в которых расположены упругие элементы 4, выполненные, например, из эластомерного материала в виде набора конусообразных амортизаторов (фиг.4), пружин (фиг.5 и 7) или эластичных блоков (фиг.6). Упругие элементы 4 из эластомерного материала (фиг.4) оперты в углублениях 3 на нижний лист 5 надрессорной балки 1 с отверстием 6. В углубления 3 надрессорной балки 1 вставлены трубы 7, по которым центрируются боковые скользуны 8, поджатые упругими элементами 4 через фрикционные вставки 9 в упорные плиты 10 боковых опор 11 кузова вагона. Для регулирования силы нажатия упругих элементов 4 на упорные плиты 10 до подкатки тележки под кузов вагона под боковые скользуны 8 устанавливаются прокладки 12, выставляющие опорную поверхность фрикционной вставки 9 на требуемую высоту относительно опорной поверхности подпятника 2, что обеспечивает расчетную деформацию упругих элементов 4 и соответствующую силу нажатия.

Деформация упругих элементов 4 боковых скользунов 8 ограничивается упорами, выполненными, например, в виде упорных роликов 13 (фиг.5), вставленными в упорный кронштейн 14, закрепленный на надрессорной балке 1 болтами 15. Величина зазора “а” между роликами 13 и упорной плитой 10 боковых опор 11 кузова вагона регулируется прокладками 16, устанавливаемыми под упорный кронштейн 14. В качестве упора может быть использован также торец трубы 7, в который будет упираться скользун 8.

Наличие зазора “а” между надрессорной балкой 1 и упорными плитами 10 боковых опор 11 кузова обеспечивает распределение массы кузова вагона, приходящейся на тележку, на три точки: подпятник 2 и два упругих скользуна 8, в результате чего кузов имеет угловую степень свободы в поперечной плоскости. Для предотвращения развития колебаний боковой качки кузова в процессе движения вагона по рельсовому пути упругие элементы 4, выполненные в виде пружин (фиг.5), осуществляют передачу вертикальных сил на боковые скользуны 8 через фрикционные сегменты 17 и клин 18, прижимающий сегменты к внутренней поверхности труб 7, вследствие чего реализуются силы трения сегментов 17 по трубе 7 и демпфируется этот вид колебаний. Для выставления клиньев 18 на одну высоту в надрессорной балке 1 на пружины 4 в свободном состоянии устанавливаются регулировочные прокладки 19. В варианте исполнения этого узла в качестве упругого элемента 4 (фиг.6) может быть использован эластичный блок, в котором эластомерный материал блока работает на сдвиг со сжатием.

В тележке надрессорная балка 1 оперта на боковые рамы 20 через пружины 21 рессорного подвешивания (фиг.3). В другом варианте исполнения тележки (фиг.7) упругие элементы 4, выполненные в виде пружин, оперты на боковую раму 20 через опоры 22, упоры 23, закрепленные на опорах 22 и на боковой раме 20, и стержени 24 со сферообразными торцами, проходящими через отверстия 6 в углублениях 3 надрессорной балки 1. В этом варианте упругие элементы 4 в виде пружин становятся составной частью рессорного подвешивания тележки, и их деформация, как и деформация пружин 21 рессорного подвешивания надрессорной балки 1, зависит от загрузки вагона, и, соответственно, изменяется величина составляющей момента сопротивления повороту тележки относительно кузова от боковых скользунов 8.

Для гашения вертикальных и поперечных колебаний кузова вагона с надрессорной балкой 1 относительно боковых рам 20 часть пружин 21 связана с надрессорной балкой 1 через клинья 25 рессорного подвешивания (фиг.8), выполненные из антифрикционного материала, например из полиуретана, для снижения потерь на трение по наклонной поверхности надрессорной балки 1 при создании продольных сил нажатия от клиньев 25 на фрикционные планки 26, закрепленные заклепками 27 на боковых рамах 20. Для повышения эффективности гашения колебаний кузова на пружинах 21 рессорного подвешивания на вертикальных стенках клиньев 25 закреплены накладки 28 из фрикционного износостойкого материала, упирающиеся во фрикционные планки 26 боковых рам 20, обеспечивая тем самым повышенные значения сил трения. Боковые рамы 20 тележки опираются на колесные пары 29 с буксовыми узлами 30.

Тележка работает следующим образом.

При опуске кузова вагона на тележки фрикционные вставки 9 боковых скользунов 8 касаются упорных плит 10 боковых опор 11 кузова и сжимают упругие элементы 4, расположенные в углублениях 3 надрессорной балки 1, пока кузов не опустится на подпятник 2.

При движении вагона по рельсовому пути происходит колебательный процесс кузова на упругих элементах 4 боковых скользунов 8 в поперечной плоскости (боковая качка), поскольку центр массы кузова выше его опорной части в пятниковом узле, а в боковых опорах 11 кузова имеется зазор “а” от упорных плит 10 до упорных роликов 13, установленных в кронштейнах 14 надрессорной балки 1. Величина зазора “а” регулируется в ограниченном интервале прокладками 16, чтобы ограничить выход кузова за пределы строительного очертания установленного габарита для вагона. Упругие элементы 4, установленные в углублениях 3 надрессорной балки 1, обеспечивают поджатие фрикционной вставки 9 скользуна 8 к упорной плите 10, закрепленной на боковой опоре 11 кузова.

Диапазон выбора по силе нажатия и жесткости упругого элемента 4 во многом определяется габаритами для его размещения. Выполнение углублений 3 в надрессорной балке 1 до нижнего листа 5 позволяет разместить упругие элементы 4 с достаточно большой силой воздействия на боковые опоры 11, вплоть до разгрузки пятникового узла под тарой кузова, и с достаточно большой величиной прогиба, обеспечивающей постоянный упор скользуна 8 в боковую опору 11 при предельных углах боковой качки кузова. При этом для эффективного гашения колебаний боковой качки между пружинами 4 и боковыми скользунами 8 расположен клин 18, воздействующий своими наклонными поверхностями на контактирующие поверхности сегментов 17, прижимая их наружные поверхности к внутренней поверхности трубы 7 надрессорной балки 1 и реализуя за счет этого силы трения, демпфирующие колебания боковой качки. Широкие возможности по изменению величины усилий и жесткости упругих элементов 4 позволяют установить их требуемые значения по условиям горизонтальной динамики движения в прямых и кривых участков рельсового пути для различных типов вагонов (полувагоны, цистерны, платформы, транспортеры...).

Надрессорная балка 1, воспринимая нагрузку от кузова, деформирует пружины 21 рессорного подвешивания тележки, при этом часть пружин воспринимает нагрузку от надрессорной балки 1 через клинья 25 из антифрикционного материала. Наклонная поверхность клина от воздействия вертикальной силы дает продольную силу нажатия клина 25 на фрикционную планку 26, закрепленную на боковой раме 20, за счет чего реализуются силы трения в рессорном подвешивании и осуществляется гашение колебаний вагона. В клиновом механизме трения для эффективной работы требуется сочетание в клине взаимно противоположных факторов: антифрикционные качества на наклонной поверхности и фрикционные свойства на вертикальной поверхности клина, обращенной к упорной поверхности боковой рамы 20. В связи с этим клин 25 изготовлен из антифрикционного материала, например из серого чугуна, а на вертикальной стенке закрепляется фрикционная износостойкая накладка 28, взаимодействующая с фрикционной планкой 26 боковой рамы 20.

При увеличении массы кузова от загрузки увеличивается деформация пружин 21 рессорного подвешивания и, соответственно, увеличивается нажатие клиньев 25 через фрикционные накладки 28 на планки 26 боковой рамы 20. За счет этого при движении вагона по рельсовому пути в колебательном процессе подрессоренной массы кузова на пружинах 21 рессорного подвешивания реализуются силы трения в контакте фрикционных накладок 28 и планок 26, пропорциональные не только амплитуде колебаний, но и величине загрузки вагона, обеспечивая стабильный уровень гашения колебаний.

Расположение упругих элементов 4 в углублениях 3 надрессорной балки 1 позволяет также существенно улучшить характеристику момента сопротивления повороту надрессорной балки 1 относительно кузова путем обеспечения пропорционального его увеличения с увеличением загрузки вагона. За счет введения опорной связи упругих элементов 4 боковых скользунов через стержень 24 на боковую раму 20 они становятся составляющим элементом рессорного подвешивания и изменяют силу нажатия скользуна 8 на боковую опору 11 кузова пропорционально его загрузке и, соответственно, составляющую момента сопротивления повороту от боковых скользунов 8. Поскольку составляющая момента сопротивления повороту тележки в пятниковом узле кузова (на фиг.7 не показано) также пропорциональна загрузке вагона, то в описанной конструкции связи упругих элементов 4 в виде пружин с боковой рамой 20 обеспечиваются стабильные условия движения вагона с изменением величины момента сопротивления повороту тележек пропорционально величине загрузки вагона. Стержень 24 со сферообразными торцами, опирающимися на упоры 23 боковой рамы 20 и опоры 22 упругого элемента 4, обеспечивает компенсацию относительных перемещений надрессорной балки 1 и боковой рамы 20 в процессе движения вагона по рельсовому пути.