тележка транспортного средства

Формула изобретения

1. Тележка транспортного средства, преимущественно рельсового, например железнодорожного, в частности вагона, содержащая снабженную эластичными опорными поверхностями и узлом продольной связи тележки с вагоном раму, выполненную в виде поперечной балки, жестко связанной с продольными боковинами, соединенными с подшипниками колесных осей при помощи упругих органов, содержащих гаситель колебаний, отличающаяся тем, что поперечная балка снабжена по крайней мере одним продольным вырезом длиной не менее половины ее длины, гаситель колебаний выполнен в виде упругого полого блока, заполненного рабочей жидкостью и закрытого пластиной, снабженной дросселем, над которым с помощью эластомерной диафрагмы образована полость, сообщающаяся с полостью упругого полого блока, а узел продольной связи тележки с вагоном выполнен с гибкими элементами, размещенными вдоль продольной оси тележки в отверстии для шкворня или на поверхности поперечной балки.

2. Тележка по п.1, отличающаяся тем, что параллельно упругому полому блоку включен по крайней мере один упругий элемент.

3. Тележка по п 1, отличающаяся тем, что последовательно с упругим полым блоком включен по крайней мере один упругий элемент, например пружина.

4. Тележка по п.1, отличающаяся тем, что последовательно с упругим полым блоком включены упругие элементы, например пружины, опирающиеся на две оси.

5. Тележка по п.1, отличающаяся тем, что последовательно и параллельно с упругим полым блоком включены упругие элементы, например пружины, по крайней мере одна из которых имеет жесткость, отличную от других.

6. Тележка по п. 1, отличающаяся тем, что упругий полый блок имеет продольную и поперечную жесткости, величина которых относится к статической нагрузке колеса на рельс в пределах от 0,01 до 0,1 единицы, деленной на метр.

7. Тележка по п. 1, отличающаяся тем, что упругий полый блок выполнен резинометаллическим.

8. Тележка по п.1, отличающаяся тем, что эластомерный элемент выполнен из резины.

9. Тележка по п.1, отличающаяся тем, что подшипники осей размещены в буксах.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам подвижного состава транспортных средств, преимущественно железных дорог и предназначено, в частности, для грузовых вагонов скоростных поездов.

Потребность в увеличении скорости грузовых поездов по железным дорогам большой протяженности, таким как железные дороги на пространствах России, известна: перевозки между Европой и Дальним Востоком выгодны только тогда, когда время доставки грузов находится в определенных пределах. Для обеспечения этого скорость грузовых поездов должна быть не менее 130-140 км/ч. Скорость поездов ограничена динамическим воздействием ходовых частей вагона (тележки) на верхнее строение пути (рельсы) и сейчас у грузовых составов не превышает 80 км/ч.

Известны тележки вагонов скоростного подвижного состава пассажирских поездов, содержащие устройства для уменьшения динамического воздействия колебаний ходовой части вагона на путь. Такая тележка устанавливается под вагонами поездов, двигающихся по европейским железным дорогам со скоростью более 200 км/ч. Известны также тележки скоростных грузовых поездов, допускающих скорость движения до 120 км/ч, снабженные упругими органами различных конструктивных схем, обеспечивающими высокую подрессоренность рамы.

Известны тележки для скоростных грузовых вагонов (см., например, патент №2106271 по кл. B 61 F, 5/00, 10.03.1998, патент №99104190 по кл. B 61 F, 5/00, 20.01.2001).

Недостаток известных тележек заключается в том, что в условиях, когда верхнее строение пути подвержено деформациям под воздействием климатических условий и не может находиться в состоянии, обеспечивающем отсутствие вертикальных и горизонтальных смещений рельса относительно желаемой прямой линии, динамическое воздействие на путь оказывается слишком большим для движения со скоростью более 80 км/ч. Неровности в вертикальной и горизонтальной плоскостях в виде волн различной длины, чередующихся в произвольной последовательности, возбуждают такие динамические нагрузки, особенно в области высоких частот, которые не могут быть компенсированы устройством известных тележек грузовых вагонов, в частности тележки, выбранной за прототип, обладающей наибольшим количеством требуемых признаков, направленных на уменьшение динамических колебаний. Поэтому известные тележки железнодорожных вагонов, несмотря на их совершенство, не могут обеспечить достаточно малые динамические нагрузки при движении вагонов на описанном верхнем строении пути со скоростью более 80 км/ч.

Технический результат изобретения заключается в снижении вертикальных и поперечных динамических взаимодействий колеса и пути при эксплуатации на высоких скоростях (более 120 км/ч) и достигается путем установки связи упругих элементов тележки между собой и конструкцией гасителя колебаний, а также демпфированием колебаний, возникающих между вагоном и тележкой.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется одним из предпочтительных примеров его осуществления и показана на фиг.1-7.

На фиг.1 предлагаемая тележка иллюстрирована ее пространственным изображением, созданным по чертежам при помощи компьютерного 3D моделирования в программе SolidWorks, и позволяет показать существенные признаки изобретения наиболее полно.

На фиг.2, справа внизу, показан чертеж ее упругого органа.

На фиг.3 изображено устройство узла продольной связи.

На фиг.4 изображено устройство, обеспечивающее гибкость рамы.

На фиг.5 представлена механико-математическая модель рессорного подвешивания предлагаемой тележки, поясняющее ее отличия и возможные варианты осуществления.

На фиг.6 даны графики уменьшения динамического воздействия на путь предлагаемой тележки в сравнении с известной.

На фиг.7 графики функции спектральной плотности сил динамического взаимодействия колеса и рельса показывают, насколько высокочастотные составляющие меньше у предлагаемой тележки в сравнении с известными.

Как видно на фиг.1, предлагаемая тележка представляет собой раму из двух боковин 1, сваренных с поперечной балкой 2. На опорной поверхности рамы установлены эластичные элементы ("сэндвичи"). Боковины тележки опираются на подшипники 3 колесной пары через адаптер (буксу) и упругие органы 4 с гасителем колебаний, устройство которого показано на фиг.2, справа внизу.

Как видно на фиг.2, упругий орган 4 выполнен в виде резинометаллического блока, закрытого сверху пластиной 5, снабженной дросселем 6, над которым с помощью эластомерной диафрагмы 7 образована полость 8, сообщающаяся с полостью упругого полого блока 9. Внутренний объем (полость 9) резинометаллического блока заполнен рабочей жидкостью. В качестве материала для диафрагмы применен один из видов эластомера, обеспечивающий требуемую ее подвижность, - резина. Упругий полый блок 4 (фиг.2), установленный в системе рессорного подвешивания тележки, имеет продольную и поперечную жесткости, величина которых выбирается в зависимости от нагрузки колеса на рельс (типа вагона). Отношение значений продольной и поперечной жесткостей этого упругого блока к нагрузке колеса на рельс должно быть в пределах от 1/10 ньютона на метр (Н/м), деленного на ньютон (Н), до 1/100 Н/м, деленного на Н.

Предлагаемая тележка также снабжена узлом продольной связи. Он представляет собой криволинейную поверхность (фиг.3, сверху) в отверстии поперечной балки 1, на которой размещены вдоль оси тележки гибкие элементы 2, сопрягающиеся со шкворнем 3, закрепляемым на кузове вагона; шкворень входит в это отверстие при установке вагона на тележку и может свободно перемещаться в поперечном направлении, а в продольном направлении (вдоль оси движения тележки) его перемещения ограничены гибкими элементами 2.

Благодаря предлагаемому осуществлению узла продольной связи на раму тележки от шкворня передаются только продольные силы, которые не дают составляющих в поперечном направлении и не создают дополнительной поперечной нагрузки на упругий блок. Узел же продольной связи известной тележки создает поперечные составляющие от усилий, действующих на поперечную балку.

Для снижения деформаций упругого блока при проходе в определенный момент неровностей, различных у одного и другого рельса, поперечная балка снабжена продольным вырезом, который выполнен на нижнем ее листе (см. фиг.3, 4). Такой вырез обеспечивает нужную гибкость рамы. Длина выреза, одного или нескольких (как показано на фиг.3, снизу), выбирается не менее половины длины поперечной балки (например, на всю длину, как показано на фиг.4). Расположение и размеры продольного выреза позволяют боковинам тележки поворачиваться вокруг оси поперечной балки при проходе колесами односторонних неровностей, уменьшая неравномерность распределения сил взаимодействия колес и пути и деформации упругого блока. Продольный вырез может быть размещен как на боковом листе рамы, так и на верхнем, причем в последнем случае в нем могут размещаться гибкие элементы (например, так, как показано на фиг.3, сверху).

В результате описанной совокупности существенных признаков предлагаемой тележки образуется иная, чем в известных конструкциях схема рессорного подвешивания.

На фиг.5 представлено в виде механико-математических моделей сравнение образовавшегося нового рессорного подвешивания предлагаемой тележки с известным рессорным подвешиванием. Отличие заключается в том, что гаситель колебаний 1 включен и последовательно и параллельно упругим звеньям 2 и 3, отражающим гибкость упругого полого блока 4. В известной модели рессорного подвешивания (слева) гаситель колебаний 5 включен параллельно упругому звену 6.

При росте скорости движения транспортного средства по железнодорожному пути с неровностями увеличивается частота деформаций упругого органа и, соответственно, растут реакции F₃ и F ₄ (фиг.5, слева), пропорциональные скорости деформации гасителя колебаний 5. В модели рессорного подвешивания предлагаемой тележки (фиг.5, справа) с ростом скорости транспортного средства реакция F₂ нарастает медленнее (фиг.6, кривая 1), чем у известной тележки (кривая 2). Это происходит за счет деформирования последовательно включенного с гасителем колебаний 1 упругого элемента 3 (фиг.5). В результате, при проходе колесом вертикальных неровностей пути сумма возникающих при этом динамических реакций F₁ и F₂ тем меньше суммы реакций F ₃ и F₄, чем выше скорость движения.

На графиках (фиг.7) можно видеть технический эффект работы системы рессорного подвешивания предлагаемой тележки в области высоких частот возмущения, наиболее разрушительно действующих на путь и тележку. Энергия колебаний в области высоких частот (более 20 Гц) у предлагаемой (1) тележки ниже, чем у прототипа (2). На графиках можно видеть, что подрессоривающий эффект у предлагаемой тележки в области высоких частот возмущения проявляется тем сильнее, чем выше скорость движения.

На фиг.5 представлены, кроме предпочтительного осуществления (справа, вверху) - варианты «а», «б», «в», «г», «д» положения полого блока 4 в рессорном подвешивании предлагаемой тележки. Эти варианты предусматривают включение вместе с упругим полым блоком 4 упругих элементов 6 в виде пружин и эластомеров. Элементы 6 (один или несколько) расположены параллельно блоку 4 или последовательно с ним, что позволяет регулировать требуемую гибкость системы в каждом конкретном случае (например, в зависимости от величины нагрузки на ось) и, как показали расчеты авторов в системе пространственной динамики SpaceDyn, изменять форму кривой на фиг.7, добиваясь нужного результата. Этот положительный эффект является техническим результатом наличия и взаимосвязи существенных признаков, указанных в предлагаемой формуле изобретения.