транспортное средство

Формула изобретения

1. Транспортное средство, преимущественно рельсовое, например железнодорожный вагон, содержащее платформу, опирающуюся на тележку с колесами посредством опор, по крайней мере одна из которых выполнена в виде подшипников качения, элементы которых содержат гнезда и ролики, причем поверхности их сопряжения описаны радиусами разной величины, а элементы подшипников связаны с поворотным звеном, отличающееся тем, что роликовый элемент выполнен двояковыпуклым и соединяет собой две пары подшипников, по крайней мере одна из которых образована гнездовым элементом и сопряженным с ним роликово-гнездовым элементом, содержащим поверхность гнезда указанного выше роликового элемента, при этом соответствующие оси Х и Y элементов каждой пары подшипников не параллельны друг другу, а поворотное звено содержит фрикционные поверхности или упругий орган или подшипник.

2. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что оси Х и Y элементов по меньшей мере одной пары подшипников перпендикулярны друг другу.

3. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что поворотное звено расположено между выпуклыми поверхностями роликового элемента.

4. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что поворотное звено сопряжено с гнездовым элементом по меньшей мере одного подшипника.

5. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что поверхности сопряжения элементов содержат участки, описанные разными радиусами из смещенных относительно друг друга центров.

6. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что соотношение радиусов сопряженных поверхностей элементов заключено в пределах от 1:1,5 до 1:2,5.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам транспортных средств, преимущественно подвижного состава шоссейных и рельсовых дорог, и предназначено, в частности, для железнодорожных локомотивов и вагонов.

Известны транспортные средства с боковыми опорами (скользунами), см., например, патенты РФ (RU) по кл. 7 В61F 5/14 №2130395 за 2000 г., №2169092 за 2000 г., №2229400 за 2002 г. и №2229994 за 2004 г. Известно также транспортное средство (см. «Конструкция и динамика тепловозов», изд. «Транспорт», изд. 2 ^ое, Москва, 1974 г., с.118-119, рис.71, рис.100), кузов которого опирается на тележку через боковые опоры, представляющие собой подшипники качения, содержащие пару роликов, помещенных между верхней и нижней плитами. Поверхности сопряжения плит с роликами - криволинейные и величины их радиусов R определяют возвращающее усилие, возникающее вследствие поперечного перемещения тележки при движении по рельсовому пути, всегда имеющему криволинейность в плане. Ролики перекатываются по своим гнездам в плитах. Оси роликов параллельны друг другу и продольной оси тележки. Чтобы уменьшить трение в подшипнике, он помещен в масляную ванну, образованную в корпусе опоры.

Описанное устройство обладает наибольшим количеством существенных признаков, близких по технической сущности к предлагаемому решению. Поэтому это устройство выбрано за прототип.

Недостаток этого устройства заключается в том, что его ролики выполнены и расположены таким образом, что могут обеспечивать взаимное смещение элементов опорного устройства лишь в одном направлении - по линии катания роликов, т.е. вдоль продольной оси транспортного средства. Реальный же рельсовый путь всегда имеет в плане большую или меньшую кривизну, заставляя тележку транспортного средства двигаться непрямолинейно и смещаться относительно кузова в разных направлениях под действием поперечных сил. При жесткой поперечной связи тележки с основной массой транспортного средства - кузовом последнему сообщаются поперечные ускорения, что вызывает ответные силовые реакции со стороны кузова. При повышенных скоростях движения эти поперечные реакции достигают такой величины, что создают условия для схода с рельсов транспортного средства.

Аналогичная проблема, заключающаяся в жесткости связи колес и кузова, существует и на транспортных средствах шоссейных дорог, где со стороны дороги на колеса тележки транспортного средства действуют поперечные силы, передающиеся кузову. Большая поперечная жесткость связи тележки и кузова препятствует повышению скорости движения.

Цель предлагаемого изобретения состоит в том, чтобы свести к минимуму действующие на кузов поперечные силы за счет придания гибкости связи не только поперек осей роликов, как в прототипе, но и в других направлениях.

Решение задачи заключается в уменьшении взаимодействия массы кузова и тележки при поперечных перемещениях колес. Для этого устройство должно обеспечить перемещение тележки относительно кузова с тремя степенями свободы. При этом опора должна иметь свойство возврата ее элементов в исходное положение, т.е. создавать возвращающее усилие, которое должно быть тем больше, чем большее отклонение произошло.

Средства для получения технического результата состоят в том, чтобы увеличить число подшипников опоры и изменить их расположение так, чтобы их элементы совершали движения относительно равновесного положения в поперечном и продольном направлениях, а также обеспечивали возможность вращательного смещения опорных поверхностей.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение жесткости связи колес и кузова при их взаимных перемещениях под действием поперечных сил и увеличение возвращающих сил предлагаемого устройства с ростом величины этих перемещений.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется одним из предпочтительных примеров его осуществления и показана на фиг.1, 2, 3.

На фиг.1 показан созданный в результате компьютерного моделирования вид устройства, наилучшим образом поясняющий взаимосвязь существенных признаков предлагаемого изобретения.

На фиг.2 показано устройство в одном из вариантов осуществления.

На фиг.3 показана форма сопряженных поверхностей роликовых элементов и их взаимное расположение во время работы устройства.

Как видно на фиг.1, устройство имеет гнездовой элемент 1 с поверхностью А, на которую опирается кузов, и сопряженный с ним роликово-гнездовой элемент 2. Этот элемент 2 содержит гнездовую поверхность роликового элемента 3. Таким образом три элемента (1, 2, 3) образуют два подшипника, объединенных в один узел, образующий соединенную пару. Нижняя часть этой пары связана с поворотным звеном 4, которое снабжено упругим элементом (в данном случае резиновым), с поверхностями В и С. Эти поверхности обеспечивают поворот верхней пары подшипников относительно нижней, выполненной точно так же, как и верхняя. Эта пара подшипников имеет роликовый элемент 5, сопряженный с роликово-гнездовым элементом 6, а также сопряженный с ним гнездовой элемент 7, имеющий поверхность D, сопряженную с рамой тележки. Объединенный узел подшипников (верхний и нижний) может иметь промежуточные детали в каждом другом конкретном варианте выполнения изобретения. Поворотное звено может быть выполнено с фрикционными поверхностями В и С или содержать подшипники качения (или скольжения) в том или ином случае выполнения устройства. На фиг.2 показан вариант осуществления изобретения, в котором поворотное звено 4 сопряжено с гнездовым элементом 7 одного (например, нижнего) подшипника. В этом примере выполнение поворотного звена предусмотрено из фрикционного материала. Роликовый элемент 3 выполнен двояковыпуклым, объединен в одно целое с роликовым элементом 5, соединяя и образуя собой две пары подшипников. Один из элементов каждой пары содержит поверхности, служащие роликом для одного подшипника и гнездом для другого, а оси элементов в каждой паре подшипников перпендикулярны друг другу, хотя могут быть расположены под любым другим углом, величина которого зависит от условий конкретного применения устройства.

На фиг.2 видно, что радиусы поверхностей гнездового элемента R90 и роликового элемента R45 содержат участки, проведенные из разных центров, смещенных относительно друг друга (в данном примере выполнения эксцентриситет 14 мм), соединенные плоским участком. Смещая центры, можно менять возвращающее усилие устройства. Для ограничения чрезмерного перемещения элементов предусмотрены упоры у. Размеры устройства даны, чтобы характеризовать его габариты и компактность по сравнению с известными. На фиг.2 представлен упрощенный чертеж устройства для железнодорожной платформы с нагрузкой на ось 25 т.

Работа устройства поясняется пространственной фигурой 1, где оси Х и Y показывают направления возможных перемещений элементов устройства при появлении поперечных сил, а буквами а и а' б и б' показаны линии сопряжения роликовых и гнездовых поверхностей.

Во время движения транспортного средства, если соединенный с тележкой по поверхности D элемент 7 (фиг.1) сместится по направлению X, то гнездо 5 повернется относительно оси Y на угол . Перекатывание ролика по гнезду происходит по криволинейной поверхности выбранного радиуса R, от величины которого зависит значение силы, возвращающей устройство в равновесное положение. При этом происходит поворот всего блока подшипников вокруг оси Y, причем точки сопряжения а и б перемещаются в положения а' и б' таким образом, что появляется возвращающий момент, равный величине вертикальной нагрузки, умноженной на проекцию линии а'-б' на плоскость приложения вертикальной нагрузки (поверхность А). Можно сказать, что поведение опоры происходит так, как в игрушке "Ванька-встанька", причем величина возвращающего усилия зависит от выбранной кривизны сопряженных поверхностей роликовых и гнездовых элементов. Сопряжение роликовой поверхности с поверхностью гнезда происходит почти "по линии", как показано на фиг.3, где положение линий контакта отмечено точками а и б. Выбор кривизны сопряженных поверхностей элементов определяется расчетным путем. В конкретном примере выполнения устройства для железнодорожного вагона с нагрузкой на ось 25 т площадь "линейного" контакта оказалась достаточной, чтобы силы трения при качании роликов в гнездах стали неизмеримо малыми без применения смазки.

Расчеты показывают, что выбором кривизны сопряженных роликовых элементов возвращающее усилие (в зависимости от величины поперечного перемещения тележки) может быть увеличено по сравнению с устройством, взятым за прототип, в 3-3,5 раза. Это повышает возможность безопасного движения транспортного средства с большей скоростью. При движении гнездового элемента 7 (фиг.1) вдоль оси Y роликово-гнездовой элемент 6 переместится на угол вокруг оси X. Устройство будет работать точно так же, как описано ранее, когда элемент 7 смещался по оси X. Таким образом гнездо 1 с поверхностью А оказывается в неизменном положении при перемещении поверхности D. В предлагаемом устройстве оси роликов всегда не параллельны друг другу; в описанном примере они перпендикулярны. В других случаях может оказаться целесообразным расположить оси роликовых элементов под некоторым углом друг к другу.

Во время движения при появлении вращательной составляющей перемещения эта составляющая компенсируется упругим элементом поворотного звена, обеспечивая неизменность положения верхней части устройства, соединенной с кузовом. Предпочтительный вариант - поворотное звено из резины. Поворотное звено может быть выполнено с подшипником или иметь фрикционные поверхности В и С (фиг.1), которые обеспечивают возможность поворота звена.

Таким образом достигается технический результат предлагаемого изобретения: уменьшена жесткость связи кузова и колес транспортного средства при поперечных перемещениях тележки с увеличивающимся возвращающим усилием при возрастании величины этих перемещений.

Радиусы сопряженных поверхностей роликового и гнездового элементов в описанном варианте выполнены в соотношении 1:2. Рациональное отношение радиусов для разных случаев может меняться и составлять от 1:1,5 до 1:2,5.

Описанный предпочтительный вариант осуществления изобретения, поясняемый фигурами 1, 2, 3, может быть выполнен и по-другому без изменения существа изобретения.

Дополнительным техническим результатом предлагаемого изобретения следует считать уменьшенный износ сопряженных поверхностей (так как роликовые элементы не катаются, а качаются) и, как следствие, эксплуатация без обслуживания (смазки) в течение более длительного срока (чем прототип).