железнодорожное тяговое транспортное средство с трехосными безрамными тележками (варианты)

Формула изобретения

1. Железнодорожное тяговое транспортное средство с трехосными безрамными тележками, содержащее кузов или раму с автосцепками, тяговые шкворни, трехосные безрамные тележки с колесными парами, буксами, рессорным подвешиванием, поперечными траверсами, буксовыми поводками или тягами, тормозным оборудованием, тяговые двигатели, гасители колебаний, отличающееся тем, что кузов или рама железнодорожного тягового транспортного средства снабжены съемными или несъемными тяговыми шкворнями с кронштейнами, по одному на тележку, пропущенными между осями каждой тележки, с закрепленными на них с возможностью вращения относительно вертикальной оси поперечными траверсами, соединенными буксовыми поводками или тягами с буксами или с кронштейнами, которыми снабжены буксы, по одному на буксу, одной крайней и средней колесных пар каждой тележки, а буксы второй крайней колесной пары каждой тележки или их кронштейны соединены с соответствующими буксами или их кронштейнами средней колесной пары буксовыми поводками или тягами, расположенными симметрично в боковых продольных или расположенных под углами к продольным осям тележек вертикальных плоскостях горизонтально или под углами к горизонту, с шарнирами с консистентной или с жидкой смазкой, размещаемой в полостях тяговых шкворней, поперечных траверс и тяг, или резинометаллическими шарнирами с обеспечением возможности вращения вокруг трех осей каждого шарнира или одного шарнира каждой тяги относительно трех осей, а второго относительно вертикальной и поперечной осей.

2. Железнодорожное тяговое транспортное средство с трехосными безрамными тележками по п.1, отличающееся тем, что тормозное оборудование и гасители колебаний размещены на съемных или несъемных кронштейнах, которыми снабжены буксы.

3. Железнодорожное тяговое транспортное средство с трехосными безрамными тележками по п.2, отличающееся тем, что тяговые двигатели снабжены маятниковыми подвесками, своими вторыми концами закрепленными на кронштейнах кузова, или рамы, или тяговых шкворней.

4. Железнодорожное тяговое транспортное средство с трехосными безрамными тележками по п.3, отличающееся тем, что поперечные траверсы снабжены возможностью упругого вертикального перемещения относительно тяговых шкворней.

5. Железнодорожное тяговое транспортное средство с трехосными безрамными тележками по п.4, отличающееся тем, что буксы средней и крайней со стороны середины кузова колесных пар каждой тележки снабжены устройствами ограничения его относа, по два на тележку.

6. Железнодорожное тяговое транспортное средство с трехосными безрамными тележками, содержащее кузов или раму с автосцепками, тяговые шкворни, трехосные безрамные тележки с колесными парами, буксами, рессорным подвешиванием, поперечными траверсами, буксовыми поводками или тягами, тормозным оборудованием, тяговые двигатели, гасители колебаний, отличающееся тем, что кузов или рама железнодорожного тягового транспортного средства снабжены съемными или несъемными тяговыми шкворнями с кронштейнами, по одному на тележку, пропущенными между осями каждой тележки, с закрепленными на них с возможностью вращения относительно вертикальной оси поперечными траверсами, снабженными боковыми консолями, своими концами соединенными буксовыми поводками или тягами с буксами, по одному на буксу, одной крайней и средней колесных пар каждой тележки, а буксы второй крайней колесной пары каждой тележки соединены с соответствующими буксами средней колесной пары буксовыми поводками или тягами, расположенными симметрично в боковых продольных или расположенных под углами к продольным осям тележек вертикальных плоскостях горизонтально или под углами к горизонту, с шарнирами с консистентной или с жидкой смазкой, размещаемой в полостях тяговых шкворней, поперечных траверс и тяг, или резинометаллическими шарнирами с обеспечением возможности вращения вокруг трех осей каждого шарнира или одного шарнира каждой тяги относительно трех осей, а второго относительно вертикальной и поперечной осей.

7. Железнодорожное тяговое транспортное средство с трехосными безрамными тележками по п.6, отличающееся тем, что тормозное оборудование и гасители колебаний размещены на съемных или несъемных кронштейнах, которыми снабжены буксы.

8. Железнодорожное тяговое транспортное средство с трехосными безрамными тележками по п.7, отличающееся тем, что тяговые двигатели снабжены маятниковыми подвесками, своими вторыми концами закрепленными на кронштейнах кузова, или рамы, или тяговых шкворней.

9. Железнодорожное тяговое транспортное средство с трехосными безрамными тележками по п.8, отличающееся тем, что поперечные траверсы снабжены возможностью упругого вертикального перемещения относительно тяговых шкворней.

10. Железнодорожное тяговое транспортное средство с трехосными безрамными тележками по п.9, отличающееся тем, что буксы средней и крайней со стороны середины кузова колесных пар каждой тележки снабжены устройствами ограничения его относа, по два на тележку.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к грузовым, пассажирским, маневровым тепловозам и электровозам, и касается конструкции его экипажа с трехосными безрамными тележками.

Известно тяговое транспортное средство, содержащее главную раму, оборудованную автосцепками, кузов, кабину, двухступенчатое рессорное подвешивание, две трехосные тележки, содержащие рамы, рессорное подвешивание, колесные пары с буксами, тяговые электродвигатели, тяговые редуктора, тяги, поводки, в котором главная рама тягового транспортного средства снабжена центральными кронштейнами, расположенными на его продольной оси, пропущенными между средней и задней осями передней тележки, а также между передней и средней осями задней тележки, и снабженными поперечными траверсами, соединенными с ними с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, и своими концами шарнирно соединенными тягами с буксами задней или средней колесной пары передней тележки и передней или средней колесной пары задней тележки, и двумя боковыми кронштейнами на каждую тележку, шарнирно соединенными с кронштейнами букс передней колесной пары передней тележки и задней колесной пары задней тележки связями, при этом буксы этих колесных пар соединены с рамами соответствующих тележек поводками, расположенными выше их осей, и двумя другими боковыми кронштейнами на каждую тележку, шарнирно соединенными с кронштейнами букс задней колесной пары передней тележки и передней колесной пары задней тележки связями, при этом буксы этих колесных пар соединены с рамами тележек поводками, расположенными ниже их осей (Заявка №2003107546, кл. B 61 C 11/00, решение о выдаче патента от 09.09.2004 г.).

Недостатками такой конструкции являются большая масса экипажа, вызванная наличием рам тележек, большого количества буксовых поводков, рычагов и продольных связей с шарнирами, второй ступени рессорного подвешивания, высокая продольная и поперечная жесткость колесных пар, вызванные высокой жесткостью буксовой ступени рессорного подвешивания, что создает высокие динамические нагрузки в системе колесо-рельс и затрудняет необходимую установку колесных пар, отсутствие устройств, способствующих наиболее благоприятной хордовой установке тележек в кривой, что обеспечивает значительные износы гребней колесных пар и повышенное сопротивление при движении в кривых участках пути, большая высота габарита тягового транспортного средства и его рамы над уровнем верха головок рельс, вызванная наличием рам тележек и второй ступени рессорного подвешивания, высокая себестоимость экипажа и тягового транспортного средства в целом.

Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции экипажа с одновременным повышением его динамических и эксплуатационных качеств, обеспечиваемым единой системой рессорного подвешивания и хордовой установкой тележек с радиальной установкой их осей в кривых, понижение габарита железнодорожного тягового транспортного средства и его рамы по высоте, снижение массы экипажа и транспортного средства в целом, значительное снижение себестоимости железнодорожного тягового транспортного средства.

Технический результат достигается тем, что в железнодорожном тяговом транспортном средстве с трехосными безрамными тележками, содержащем кузов или раму с автосцепками, тяговые шкворни, трехосные безрамные тележки с колесными парами, буксами, рессорным подвешиванием, поперечными траверсами, буксовыми поводками или тягами, тормозным оборудованием, тяговые двигатели, гасители колебаний, кузов или рама железнодорожного тягового транспортного средства снабжены съемными или несъемными тяговыми шкворнями с кронштейнами по одному на тележку, пропущенными между осями каждой тележки, с закрепленными на них с возможностью вращения относительно вертикальной оси поперечными траверсами, соединенными буксовыми поводками или тягами с буксами или с кронштейнами, которыми снабжены буксы, по одному на буксу одной крайней и средней колесных пар каждой тележки, а буксы второй крайней колесной пары каждой тележки или их кронштейны соединены с соответствующими буксами или их кронштейнами средней колесной пары буксовыми поводками или тягами, расположенными симметрично в боковых продольных или расположенных под углами к продольным осям тележек вертикальных плоскостях горизонтально или под углами к горизонту, с шарнирами с консистентной или с жидкой смазкой, размещаемой в полостях тяговых шкворней, поперечных траверс и тяг, или резинометаллическими шарнирами с обеспечением возможности вращения вокруг трех осей каждого шарнира или одного шарнира каждой тяги относительно трех осей, а второго относительно вертикальной и поперечной осей, кроме того, его тормозное оборудование и гасители колебаний размещены на съемных или несъемных кронштейнах, которыми снабжены буксы, буксы средней и крайней со стороны середины кузова колесных пар каждой тележки снабжены устройствами ограничения его относа по два на тележку, тяговые двигатели снабжены маятниковыми подвесками, своими вторыми концами закрепленными на кронштейнах кузова или рамы, или тяговых шкворней и поперечные траверсы снабжены возможностью упругого вертикального перемещения относительно тяговых шкворней.

Такой же технический результат достигается тем, что в железнодорожном тяговом транспортном средстве с трехосными безрамными тележками, содержащем кузов или раму с автосцепками, тяговые шкворни, трехосные безрамные тележки с колесными парами, буксами, рессорным подвешиванием, поперечными траверсами, буксовыми поводками или тягами, тормозным оборудованием, тяговые двигатели, гасители колебаний, кузов или рама железнодорожного тягового транспортного средства снабжены съемными или несъемными тяговыми шкворнями с кронштейнами по одному на тележку, пропущенными между осями каждой тележки, с закрепленными на них с возможностью вращения относительно вертикальной оси поперечными траверсами, снабженными боковыми консолями, своими концами соединенными буксовыми поводками или тягами с буксами по одному на буксу одной крайней и средней колесных пар каждой тележки, а буксы второй крайней колесной пары каждой тележки соединены с соответствующими буксами средней колесной пары буксовыми поводками или тягами, расположенными симметрично в боковых продольных или расположенных под углами к продольным осям тележек вертикальных плоскостях горизонтально или под углами к горизонту, с шарнирами с консистентной или с жидкой смазкой, размещаемой в полостях тяговых шкворней, поперечных траверс и тяг, или резинометаллическими шарнирами с обеспечением возможности вращения вокруг трех осей каждого шарнира или одного шарнира каждой тяги относительно трех осей, а второго относительно вертикальной и поперечной осей, кроме того, его тормозное оборудование и гасители колебаний размещены на съемных или несъемных кронштейнах, которыми снабжены буксы, буксы средней и крайней со стороны середины кузова колесных пар каждой тележки снабжены устройствами ограничения его относа по два на тележку, тяговые двигатели снабжены маятниковыми подвесками, своими вторыми концами закрепленными на кронштейнах кузова или рамы, или тяговых шкворней, и поперечные траверсы снабжены возможностью упругого вертикального перемещения относительно тяговых шкворней.

Предлагаемое железнодорожное тяговое транспортное средство с трехосными безрамными тележками представлено на чертежах, где:

на фиг.1 изображено железнодорожное тяговое транспортное средство с трехосными безрамными тележками, общий вид;

на фиг.2 изображена трехосная безрамная тележка, общий вид;

на фиг.3 изображена трехосная безрамная тележка, общий вид;

на фиг.4 изображена трехосная безрамная тележка, вид сверху;

на фиг.5 изображено сечение А-А на фиг.2;

на фиг.6 изображено сечение Б-Б на фиг.3;

на фиг.7 изображено сечение В-В на фиг.4;

на фиг.8 изображена тяга с системой жидкого смазывания.

Железнодорожное тяговое транспортное средство с трехосными безрамными тележками (фиг.1 - 8) состоит из кузова или рамы с автосцепками 1, рессорного подвешивания 2, тележек 3, тяговых электродвигателей 4, колесных пар 5, букс 6, буксовых поводков 7, вертикальных гасителей колебаний 8, поперечных гасителей колебаний 9, продольных гасителей колебаний 10, ограничителей относа кузова 11, тяговых шкворней кузова 12, тяговых кронштейнов 13, буксовых кронштейнов 14, поперечных траверс 15, тяг 16, шарниров 17, резинометаллических шарниров 18, резинометаллических шарниров траверс 19, консолей поперечных траверс 20, маятниковых подвесок тяговых электродвигателей 21, упорных пятников 22, уплотнений 23, прокладок 24, крышек 25, систем жидкого смазывания тяг 26, уплотнений 27, кронштейнов гасителей колебаний 28, шкворневой системы жидкого смазывания 29, осей шарниров 30, уплотнений шарниров 31, подшипников 32, тормозного оборудования 33, защитных кожухов 34, упругих элементов поперечных траверс 35.

Железнодорожное тяговое транспортное средство с трехосными безрамными тележками работает следующим образом: при включении тяговых электродвигателей 4 колесные пары 5 каждой тележки начинают вращаться и в зонах контакта колес с рельсами создают тяговые усилия, которые с колес через оси колесных пар передаются на их буксы 6, с которых буксовыми поводками 7 или тягами 16 через оси шарниров 30 и шарниры 17 или резинометаллические шарниры 18 передаются на поперечную траверсу 15 или на консоли поперечной траверсы 20 и далее на поперечную траверсу 15.

С поперечной траверсы 15 тяговые усилия передаются на тяговый шкворень кузова 12, при этом продольные и поперечные составляющие усилий буксовых поводков 7 или тяг 16 передаются через поверхности кинематической пары вращения вокруг вертикальной оси с суммарным моментом этих сил относительно этой оси равным нулю, а вертикальные составляющие через упорный пятник 22, подшипники 32 и упругий элемент поперечной траверсы 35, или полные усилия с поперечной траверсы 15 передаются на тяговый шкворень кузова 12 резинометаллическим шарниром траверсы 19 без их разложения на составляющие. Далее тяговые усилия с тяговых шкворней кузова 12 тяговыми кронштейнами 13 передаются на кузов или раму 1 и далее на автосцепку. При этом железнодорожное тяговое транспортное средство совместно с прицепным подвижным составом приходит в движение.

Расположение буксовых поводков 7 или тяг 16 с шарнирами 17 или 18 горизонтально или под углами к горизонту обеспечивает заданную железнодорожному тяговому транспортному средству силу тяги в пределах силы тяги по сцеплению колес с рельсами.

Максимальная сила тяги по сцеплению колес с рельсами железнодорожного тягового транспортного средства с двумя трехосными безрамными тележками определяется по выражению

где - коэффициент сцепления колес с рельсами;

Q - сцепной вес колесной пары;

l₁ - расстояние между наружными колесными парами тягового транспортного средства;

l ₂ - расстояние между средними колесными парами тягового транспортного средства;

l₃ - расстояние между внутренними колесными парами тягового транспортного средства;

Н - высота автосцепки над уровнем головок рельс.

Расчет показывает, что для железнодорожного тягового транспортного средства с двумя трехосными безрамными тележками максимальная сила тяги по сцеплению колес с рельсами при =0,385, Q=25 тс, l₁=15,2 м, l₂=11 м, l₃=7,3 м, Н=1,06 м составит Т_сц=53,8 тс.

При торможении тормозное оборудование 33, размещенное на буксовых кронштейнах 14, создает на колесах колесных пар 5 тормозные моменты, которые в свою очередь в соединении колесо-рельс создают тормозные силы, которые передаются на кузов или раму 1 и далее на автосцепку в порядке, описанном выше при передаче тяговых усилий, но с обратным знаком.

При этом железнодорожное тяговое транспортное средство совместно с прицепным подвижным составом переходит в режим торможения.

Вертикальные гасители колебаний 8, поперечные гасители колебаний 9 и продольные гасители колебаний 10, размещенные на буксовых кронштейнах 14 и кронштейнах гасителей колебаний 28, обеспечивают раздельное гашение всех колебаний железнодорожного тягового транспортного средства, обеспечивая ему любые заданные скорости движения.

Обеспечение вращения поперечной траверсы 15 относительно вертикальной оси тягового шкворня кузова 12 приводит к выравниванию усилий в буксовых поводках 7 или тягах 16, что в свою очередь приводит к выравниванию тяговых усилий на правых и левых колесах колесных пар 5 тележки (к выравниванию сил крипа) как при движении в прямых участках пути, так и в криволинейных участках.

Буксовые поводки 7 или тяги 16, снабженные шарнирами 17 или 18, кроме выравнивания нагрузок обеспечивают возможность вращения тележки 3 относительно кузова 1 вокруг поперечной и продольной осей, а также поперечное перемещение тележки относительно кузова величиной не ниже величины, допускаемой рессорным подвешиванием 2 с ограничителями относа кузова 11. Это в свою очередь приводит к эффективному гашению колебаний тележки вертикальными 8, поперечными 9 и продольными 10 гидравлическими гасителями колебаний и снижению динамических нагрузок в прямых и кривых участках пути.

Обеспечение возможности упругого вертикального перемещения поперечных траверс 15 относительно тяговых шкворней кузова 12 установкой в их соединении упругих элементов поперечных траверс 35 с их закреплением на тяговых шкворнях кузова упорными пятниками 22 обеспечивает полное отсутствие блокировки рессорного подвешивания предлагаемым устройством при колебаниях тягового транспортного средства на рессорном подвешивании.

Размещение буксовых поводков 7 или тяг 16 в симметричных боковых вертикальных плоскостях под углами к продольным осям тележек обеспечивает радиальную установку колесных пар тележек при движении в кривой за счет центробежных сил, раздвигающих поводками или тягами за счет углов их установки колеса с наружной стороны кривой и сдвигающих колеса с внутренней стороны кривой.

Снабжение устройства шкворневой системой жидкого смазывания 29, а также системой жидкостного смазывания тяг 26, закрытых уплотнениями 23 и 27 прокладками 24 с крышками 25, обеспечивает смазывание трущихся поверхностей шкворневых узлов и шарниров длительное время без его обслуживания.

Снабжение букс средней и крайней со стороны середины кузова колесных пар каждой тележки устройствами ограничения его относа 11 по два на тележку, установленными на буксовых кронштейнах 14, приводит к перераспределению центробежных сил, возникающих при движении в кривых участках пути между осями, со снижением бокового давления на гребень набегающего колеса передней оси и улучшает установку тележки в кривой заданного радиуса, приближая ее к хордовому положению.

Компьютерное моделирование тягового транспортного средства предлагаемого устройства со статическим прогибом рессорного подвешивания F_ст=140 мм при его движении в кривой показывает, что при размещении буксовых поводков или тяг в вертикальных плоскостях под углами к продольным осям тележек, равными 15-20°, и установкой ограничителей относа кузова на буксовых кронштейнах средней и крайней со стороны середины кузова колесных пар каждой тележки транспортного средства обеспечивается радиальная установка осей колесных пар и хордовая установка тележек в кривой радиусом, начиная со 125 м.

Все это и приводит к упрощению конструкции экипажа с одновременным повышением его динамических и эксплуатационных качеств, обеспечиваемым единой системой рессорного подвешивания и хордовой установкой тележек с радиальной установкой их осей в кривых, понижению габарита железнодорожного тягового транспортного средства и его рамы по высоте, снижению массы экипажа и транспортного средства в целом, значительному снижению себестоимости железнодорожного тягового транспортного средства.

Формула изобретения создана с учетом достижения указанной в описании цели из условия применения оптимальных, экономически обоснованных средств для каждого конкретного типа железнодорожного тягового транспортного средства.

Средствами экономической и технической оптимизации тяговых и динамических качеств для каждого конкретного транспортного средства являются расположение буксовых поводков или тяг "в боковых продольных или расположенных под углами к продольным осям тележек вертикальных плоскостях горизонтально или под углами к горизонту". Эту оптимизацию проводит разработчик конкретного транспортного средства в соответствии с описанием изобретения по техническим требованиям и характеристикам, предъявляемым к этому транспортному средству техническим заданием (ТЗ) на его разработку, включающим в себя требования по величине тяги, положение автосцепки по высоте, расстояние между автосцепками, расстояния между осями колесных пар, жесткость ступеней рессорного подвешивания, тип привода, радиус проходимой кривой и др.

Технический результат изобретения достигается при любой совокупности альтернативных конструктивных элементов, приведенных в описании двух способов его достижения и в предметном составе изобретения.

Примеры совокупности конструктивных элементов двух способов достижения технического результата выглядят следующим образом.

Пример 1. Технический результат достигается тем, что в железнодорожном тяговом транспортном средстве с трехосными безрамными тележками, содержащем кузов с автосцепками, тяговые шкворни, трехосные безрамные тележки с колесными парами, буксами, рессорным подвешиванием, поперечными траверсами, буксовыми поводками, тормозным оборудованием, тяговые двигатели, гасители колебаний, кузов железнодорожного тягового транспортного средства снабжен съемными тяговыми шкворнями с кронштейнами по одному на тележку, пропущенными между осями каждой тележки, с закрепленными на них с возможностью вращения относительно вертикальной оси поперечными траверсами, соединенными буксовыми поводками с буксами по одному на буксу одной крайней и средней колесных пар каждой тележки, а буксы второй крайней колесной пары каждой тележки соединены с соответствующими буксами средней колесной пары буксовыми поводками, расположенными симметрично в боковых продольных вертикальных плоскостях горизонтально, с шарнирами с консистентной смазкой, размещаемой в полостях тяговых шкворней, поперечных траверс.

Такой же технический результат достигается тем, что в железнодорожном тяговом транспортном средстве с трехосными безрамными тележками, содержащем кузов с автосцепками, тяговые шкворни, трехосные безрамные тележки с колесными парами, буксами, рессорным подвешиванием, поперечными траверсами, буксовыми поводками, тормозным оборудованием, тяговые двигатели, гасители колебаний, кузов железнодорожного тягового транспортного средства снабжен съемными тяговыми шкворнями с кронштейнами по одному на тележку, пропущенными между осями каждой тележки, с закрепленными на них с возможностью вращения относительно вертикальной оси поперечными траверсами, снабженными боковыми консолями, своими концами соединенными буксовыми поводками с буксами по одному на буксу одной крайней и средней колесных пар каждой тележки, а буксы второй крайней колесной пары каждой тележки соединены с соответствующими буксами средней колесной пары буксовыми поводками, расположенными симметрично в боковых продольных вертикальных плоскостях горизонтально, с шарнирами с консистентной смазкой, размещаемой в полостях тяговых шкворней, поперечных траверс с обеспечением возможности вращения вокруг трех осей каждого шарнира.

Пример 2. Технический результат достигается тем, что в железнодорожном тяговом транспортном средстве с трехосными безрамными тележками, содержащем раму с автосцепками, тяговые шкворни, трехосные безрамные тележки с колесными парами, буксами, рессорным подвешиванием, поперечными траверсами, тягами, тормозным оборудованием, тяговые двигатели, гасители колебаний, рама железнодорожного тягового транспортного средства снабжена несъемными тяговыми шкворнями с кронштейнами по одному на тележку, пропущенными между осями каждой тележки, с закрепленными на них с возможностью вращения относительно вертикальной оси поперечными траверсами, соединенными тягами с кронштейнами, которыми снабжены буксы по одному на буксу одной крайней и средней колесных пар каждой тележки, а кронштейны букс второй крайней колесной пары каждой тележки соединены с соответствующими кронштейнами букс средней колесной пары тягами, расположенными симметрично в расположенных под углами к продольным осям тележек вертикальных плоскостях под углами к горизонту с резинометаллическими шарнирами.

Такой же технический результат достигается тем, что в железнодорожном тяговом транспортном средстве с трехосными безрамными тележками, содержащем раму с автосцепками, тяговые шкворни, трехосные безрамные тележки с колесными парами, буксами, рессорным подвешиванием, поперечными траверсами, тягами, тормозным оборудованием, тяговые двигатели, гасители колебаний, рама железнодорожного тягового транспортного средства снабжена несъемными тяговыми шкворнями с кронштейнами по одному на тележку, пропущенными между осями каждой тележки, с закрепленными на них с возможностью вращения относительно вертикальной оси поперечными траверсами, снабженными боковыми консолями, своими концами соединенными тягами с буксами по одному на буксу одной крайней и средней колесных пар каждой тележки, а буксы второй крайней колесной пары каждой тележки соединены с соответствующими буксами средней колесной пары тягами, расположенными симметрично в расположенных под углами к продольным осям тележек вертикальных плоскостях под углами к горизонту с резинометаллическими шарнирами.