Результат интеллектуальной деятельности: Трехосная тележка скоростного грузового вагона

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

Известна трехосная тележка грузовых железнодорожных транспортных средств с улучшенными характеристиками при прохождении кривых участков пути. Рама тележки сварной конструкции состоит из двух продольных и двух поперечных балок и может быть изготовлена из металла или из композитного материала с армированными волокнами. На каждом буксовом узле колесных пар предусмотрены пружинные блоки для обеспечения плавного движения тележки в кривых участках рельсового пути. Колесные пары соединены между собой продольными поводками, концы которых установлены на буксовых узлах крайних колесных пар, а на средней колесной паре продольные поводки соединены с вертикальными балансирами, установленными на ее буксовых узлах (патент на изобретение KR 101772606 МПК B61F 5/02, B61F 5/12, B61F 5/38, B61F 3/02, B61F 3/06, B61F 3/10, B61F 3/16, опубл. 31.08.2017 г.).

Недостатком известной конструкции трехосной тележки является необходимость в снижении продольной жесткости комплектов пружин буксовых узлов колесных пар для реализации продольной подвижности колес колесных пар. В случае воздействия значительных продольных сил колесные пары могут получить недопустимые продольные и угловые перемещения относительно рамы тележки в кривых участках пути, что отрицательно повлияет на устойчивость тележки. При возникновении в эксплуатации неравномерной интенсивности износа колес колесных пар в тележке происходит перераспределение вертикальных нагрузок по колесным парам, что может привести к сходу колесной пары с рельсов.

Поэтому связь комплектов пружин буксовых узлов крайних колесных пар тележки должна обладать более высокой поперечной жесткостью, чем на средней колесной паре, для снижения рамных сил в кривых и вероятности схода средней колесной пары с рельсовой колеи на этих участках пути.

Техническим результатом изобретения является достижение эксплуатационных показателей грузового подвижного состава при повышенных до 140-160 км/ч скоростях движения с одновременным обеспечением прочностных и динамических характеристик тележки и снижение динамического воздействия скоростных грузовых вагонов на верхнее строение пути.

Указанный технический результат достигается тем, что в трехосной тележке скоростного грузового вагона, состоящей из плоской сварной рамы 1 с двумя боковыми продольными 2 и двумя соединенными между собой перемычками 3 поперечными балками 4, образующими проем в средней части рамы 1, в котором расположен шкворневой брус 5, содержащий с боковых сторон кронштейны 6, в отверстиях которых установлены цилиндрические валики 7 с подвесками 8, а сверху в центре подпятник 9 со шкворнем 10, спереди и сзади которого в корпусах 11 установлены пружины 12 ограничения бокового относа шкворневого бруса 5 и поперечные гасители 13 колебаний, средней 14 и двух крайних 15 колесных пар, буксовых узлов 16 с буксами 17, комплектами 18 буксовых пружин с билинейной характеристикой, состоящими из внутренней 19 и наружной 20 пружин, центрированных со стороны букс 17 стаканами 21, со стороны рамы 1 - упорными втулками 22, свободно насаженными на цилиндрические части 23 шпинтонов 24 с фланцами 25 для их крепления, причем шпинтоны с установленными на них упорными втулками 22 с внутренними пружинами 19, вставлены в наружные пружины 20 и своими концевыми частями 26 размещены в стаканах 21, закрепленных на буксах 17, соединенных с боковыми продольными балками 2 рамы 1 буксовыми гасителями 27 колебаний, расположенными в вертикальной плоскости, проходящей через ось каждой колесной пары, а на нижней стороне боковых продольных балок 2 рамы 1 между ближними буксовыми узлами 16 колесных пар 14 и 15 установлены кронштейны 28, на которых шарнирно закреплены балансиры 29, предназначенные для распределения нагрузок между колесными парами, причем крайние к концевым частям рамы 1 шпинтоны 24 крайних 15 колесных пар посредством фланцев 25 жестко закреплены на нижней стороне боковых продольных балок 2, остальные шпинтоны жестко установлены посредством фланцев 25 на концах балансиров 29, концевые части 26 шпинтонов 24 со стороны, противоположной фланцам 25, выполнены сферическими, обеспечивающими беззадирный контакт при их взаимодействии с внутренними поверхностями стаканов 21, относительно которых изначально концевые части 26 шпинтонов 24 установлены с гарантированными зазорами, причем в стаканах 21 буксовых узлов 16 крайних 15 колесных пар отверстия выполнены цилиндрическими, для обеспечения концентрических зазоров δ₁ величиной 2…4 мм вокруг концевых частей 26 шпинтонов 24, а в стаканах 21 буксовых узлов 16 средней 14 колесной пары отверстия в стаканах 21 выполнены овальными, вытянутыми в поперечном направлении к продольной оси тележки для обеспечения зазоров δ₁ величиной 2…4 мм вдоль продольной оси тележки и для обеспечения зазоров δ₂ величиной 4…16 мм поперек продольной оси тележки для обеспечения увеличенных боковых перемещений средней 14 колесной пары относительно крайних 15 колесных пар, буксовые гасители колебаний 27 закреплены на боковой продольной балке 2 рамы 1 под углом к вертикали, проходящей через центр буксы 16, находящимся в пределах 10°…20° на буксах крайних 15 колесных пар и в пределах 10°…25° - на буксах средней 14 колесной пары, а в узлах подвешивания шкворневого бруса 5 к раме 1 цилиндрические валики 7 установлены в отверстиях подвесок 8 с изначальным эксцентриситетом Δ 5…9 мм, наиболее эффективно обеспечивающим использование их контактных поверхностей.

Также технический результат достигается тем, что в упорных втулках 22 установлены антифрикционные втулки 30, а отверстия подвесок 8 и стаканов 21, цилиндрическая 23 и концевая 26 части шпинтонов 24, цилиндрические валики 7 имеют износостойкие покрытия 31.

Изобретение проиллюстрировано чертежами:

фиг. 1 - общий вид трехосной тележки сбоку;

фиг. 2 - вид А на фиг. 1;

фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1;

фиг. 4 - схема распределения зазоров вокруг шпинтонов;

фиг. 5 - сечение В-В на фиг. 1;

фиг. 6 - сечение Г-Г на фиг. 2.

Трехосная тележка скоростного грузового вагона, состоит (фиг. 1, 2) из плоской сварной рамы 1 с двумя боковыми продольными 2 и двумя соединенными между собой перемычками 3 поперечными балками 4, образующими проем в средней части рамы 1, в котором расположен шкворневой брус 5, содержащий с боковых сторон кронштейны 6, в отверстиях которых установлены цилиндрические валики 7 с подвесками 8, а сверху в центре подпятник 9 со шкворнем 10, спереди и сзади которого в корпусах 11 установлены пружины 12 ограничения бокового относа шкворневого бруса 5 и поперечные гасители 13 колебаний. Также тележка содержит среднюю 14 и две крайние 15 колесные пары, буксовые узлы 16 с буксами 17, комплектами 18 буксовых пружин с билинейной характеристикой, состоящими из внутренней 19 и наружной 20 пружин, центрированных со стороны букс 17 стаканами 21, а со стороны рамы 1 - упорными втулками 22, свободно насаженными на цилиндрические части 23 шпинтонов 24 с фланцами 25 для их крепления, причем шпинтоны с установленными на них упорными втулками 22 с внутренними пружинами 19 вставлены в наружные пружины 20 и своими концевыми частями 26 размещены в стаканах 21, закрепленных на буксах 17 (фиг. 3).

Буксы 17 каждой из колесных пар соединены с боковыми продольными балками 2 рамы 1 буксовыми гасителями 27 колебаний, расположенными в вертикальной плоскости, проходящей через ось каждой колесной пары. Буксовые гасители колебаний 27 закреплены на боковой продольной балке 2 рамы 1 под углом к вертикали, проходящей через центр буксы 16, находящимся в пределах 10°…20° на буксах крайних 15 колесных пар и в пределах 10°…25° - на буксах средней 14 колесной пары (фиг. 5).

На нижней стороне боковых продольных балок 2 рамы 1 между ближними буксовыми узлами 16 колесных пар 14 и 15 установлены кронштейны 28, на которых шарнирно закреплены балансиры 29, предназначенные для распределения нагрузок между колесными парами, причем крайние к концевым частям рамы 1 шпинтоны 24 крайних 15 колесных пар посредством фланцев 25 жестко закреплены на нижней стороне боковых продольных балок 2, остальные шпинтоны жестко установлены посредством фланцев 25 на концах балансиров 29 (фиг. 2).

Концевые части 26 шпинтонов 24 со стороны, противоположной фланцам 25, выполнены сферическими, установлены с гарантированными зазорами относительно поверхностей стаканов 21 (фиг. 4), причем в стаканах 21 буксовых узлов 16 крайних 15 колесных пар отверстия выполнены цилиндрическими для обеспечения концентрических зазоров δ₁ величиной 2…4 мм вокруг концевых частей 26 шпинтонов 24, а в стаканах 21 буксовых узлов 16 средней 14 колесной пары отверстия в стаканах 21 выполнены овальными для обеспечения зазоров δ₁ величиной 2…4 мм вдоль продольной оси тележки и зазоров δ₂ величиной 4…16 мм поперек продольной оси тележки.

В узлах подвешивания шкворневого бруса 5 к раме 1 (фиг. 6) цилиндрические валики 7 установлены в отверстиях подвесок 8 с изначальным эксцентриситетом Δ 5…9 мм, наиболее эффективно обеспечивающим использование их контактных поверхностей.

Кроме того, в упорных втулках 22 установлены антифрикционные втулки 30, а отверстия подвесок 8 и стаканов 21, цилиндрическая 23 и концевая 26 части шпинтонов 24, цилиндрические валики 7 имеют износостойкие покрытия 31.

Тележка работает следующим образом.

При отсутствии движения на тележку воздействует статическая нагрузка, которая в порожнем режиме представляет часть веса тары вагона (без веса самой тележки), пропорциональной количеству тележек на вагоне. В груженом режиме к ней добавляется соответствующая часть веса перевозимого груза. Под действием указанной статической нагрузки, воздействующей на тележку через подпятник 9 и шкворень 10, расположенных на шкворневом брусе 5, вначале через валики 7 и подвески 8 нагружается рама 1, от которой нагрузка передается фланцам 25 шпинтонов 24, от давления которых происходит вертикальное перемещение более податливой внутренней пружины 19, находящейся на упорной втулке 22, до смыкания ее витков, а затем нагрузка передается на более жесткую наружную пружину 20. Таким образом, последовательно воспринимая вертикальную нагрузку, пружины 19, 20 обеспечивают билинейную жесткостную характеристику за счет ограничения деформации внутренней пружины 19 после контакта фланца 25 шпинтона 24 с упорной втулкой 22. При этом в буксовых узлах зазоры вокруг сферических концевых частей 26 шпинтонов 24 остаются неизменными.

В режиме статического нагружения валики 7 и подвески 8 на шкворневом брусе 5 нагружены равномерно и подвески 8 не имеют перемещений. Также отсутствуют перемещения у пружин 12, поперечных 13 и буксовых 27 гасителей колебаний.

При движении (качении) вагона, соответственно и тележки, осуществляется взаимодействие колесных пар 14, 15 с рельсовой колеей, в результате которого возникают дополнительные динамические нагрузки и, как следствие, происходят перемещения подвижных элементов в узлах тележки. На прямых участках пути, под воздействием рельсовых неровностей, возникают, в первую очередь, вертикальные колебания подпрыгивания колесных пар 14, 15 с буксовыми узлами 16. При этом происходят упругие деформации 18 комплектов буксовых пружин и срабатывают буксовые гасители 27 колебаний, демпфируя колебания и тем самым снижая их воздействие на раму 1, шкворневой брус 5 и далее на раму 1 вагона с перевозимым грузом.

При движении тележки (вагона) в кривых участках пути колесные пары 14, 15 с буксами 17 удерживают свое положение в пределах рельсовой колеи, тогда как находящиеся выше них узлы экипажной части под действием центробежных и рамных сил имеют потенциальную возможность поперечных (перпендикулярных направлению движения) перемещений, ограничиваемых габаритами инфраструктуры.

При этом в буксовых узлах крайних 14 колесных пар зазоры δ₁ между сферическими концевыми частями 26 шпинтонов 24 в поперечном направлении выбираются раньше, чем зазоры δ₂ в буксовом узле средней колесной пары 15, где они заведомо больше, позволяя тем самым осуществлять средней 15 колесной паре необходимые большие перемещения. Перемещения колесных пар 14, 15 ограничивает жесткость комплектов буксовых 18 пружин, главным образом их наружных пружин 20, и установленных под углом к раме 1 буксовых гасителей 27 колебаний.

Подвески 8 на валиках 7 обеспечивают горизонтальные перемещения шкворневого бруса 5, а поперечные гасители 13 колебаний с пружинами 12 ограничивают их в допустимых пределах.

Применение антифрикионных втулок и износостойкого покрытия будет способствовать увеличению сроков службы узлов, подвергающихся трению.

Установка буксовых гасителей колебаний в буксовых узлах также улучшит динамические качества тележки, а их установка под углом к боковым балкам рамы расширит диапазон их применения для демпфирования не только вертикальных, но и в зависимости от угла наклона к боковой балке 2 рамы 1 горизонтальных колебаний тележки.

Предусмотренные изменения в конструкции трехосной тележки в значительной степени снизят воздействие нагрузок на ее несущие узлы и обеспечат безопасную эксплуатацию при повышенных скоростях движения.