ОСЕВАЯ РЕССОРА
AXLE SPRING

Изобретение относится к области машиностроения, а именно, к пружинам и рессорам, т.е. к средствам для гашения колебаний.
Средства для гашения колебаний представляют собой устройства, выполненные, как правило, из упругих материалов, которые под действием внешних сил способны снизить нагрузку на детали и устройство в целом. Такими устройствами выступают подвески транспортных средств, например, рессоры, которые относятся к категории амортизационных силовых резинометаллических изделий.
В настоящее время существует большое разнообразие рессор, которые используются в машиностроении, например, в вагоностроении. Рессоры для тележек современных трамвайных вагонов имеют преимущественно двухступенчатое рессорное подвешивание. Первую ступень составляет буксовое подвешивание, находящееся между колесной парой и рамой тележки. Вторую ступень составляет центральное рессорное подвешивание, находящееся между рамой тележки и шкворневой балкой вагона. Буксовое подвешивание предназначено для смягчения воздействия на механическое оборудование, закрепленное на раме тележки, а центральное рессорное подвешивание предназначено для смягчения воздействия на пассажиров и кузовное оборудование от ударных и вибрационных нагрузок, возникающих при движении трамвайного вагона по неровностям рельсового пути.
Патент Великобритании GB950862 «Improvements in or relating to railway vehicles» (опубл. 26.02.1964, МПК B61F5/14) описывает рессору, выполненную из чередующихся друг с другом металлических пластин и резиновых амортизационных вставок. Внешние металлические пластины рессоры, которые также выполняют функцию крепежных, сделаны утолщенными по сравнению с остальными металлическими пластинами рессоры. С целью направления нагрузки преимущественно на сжатие, ось сжатия рессоры выполнена наклонной таким образом, что каждый последующий слой рессоры смещен относительно предыдущего слоя рессоры. Металлические пластины рессоры (как и слои резины) могут быть различного размера, например, увеличивая свои размеры по направлению от одного конца рессоры к другому концу. А для формирования ребра жесткости металлические пластины рессоры выполняют изогнутыми, в частности, в виде буквы «V».
Основным недостатком данного технического решения является то, что в области изгиба металлическим пластин в резиновых слоях рессоры возникают избыточные напряжения, что ведет к сокращению срока службы всей рессоры.
Известен патент РФ RU99561 «Опора упругая» (опубл. 20.11.2010, МПК F16F1/34, F16F1/36), в котором раскрыта опора упругая, состоящая из корпуса, выполненного из упругого материала, закрепленного на множестве параллельных дисков с центральным отверстием, которое расположено между опорными пластинами, выполненными, по меньшей мере, с одним отверстием и с элементами, предназначенными для крепления к раме или оси транспортного средства. Механическое соединение предназначено для ограничения взаимного разделения опорных пластин, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, одна из опорных пластин выполнена с углублением с внутренней поверхностью второго порядка, а механическое соединение выполнено в виде жесткого элемента.
Основным недостатком данного технического решения является его усложненная конструкция, требующая наличия дополнительных элементов, таких как болт и гайка, обеспечивающих механическое соединение пластин.
Задачей настоящего изобретения является создание такой конструкции осевой рессоры, которая обеспечивала бы улучшение ее демпфирующих характеристик, долговечности и надежности работы.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявленное изобретение, является снижение нагрузки на упругий элемент в области изгиба листа, которая могла бы привести к его разрушению, и, как следствие, повышение надежности работы осевой рессоры.
Поставленная задача решается, а заявленный технический результат достигается тем, что осевая рессора содержит параллельно размещенные, V-образно изогнутые первую крайнюю пластину, вторую крайнюю пластину и по меньшей мере одну промежуточную пластину, расположенную между указанными первой и второй крайними пластинами, при этом между каждой из пар соседних указанных пластин расположен слой из упругого материала. Ширина L1 первой крайней пластины больше ширины L2 второй крайней пластины, а толщина первой крайней пластины равна толщине второй крайней пластины и больше толщины указанной по меньшей мере одной промежуточной пластины. Ширина по меньшей мере одной промежуточной пластины лежит между значениями L1 и L2. В каждом из слоев упругого материала выполнено отверстие, расположенное в области изгиба соседних пластин, ось которого проходит по существу параллельно указанным пластинам, при этом ширина указанного отверстия уменьшается от слоя упругого материала, примыкающего к первой крайней пластине, к слою упругого материала, примыкающему к второй крайней пластине.
Выбор материалов, наличие отверстий в слоях, а также геометрические формы пластин осевой рессоры, в том числе указанные выше длина и ширина пластин, обусловлены тем, что V-образная форма позволяет осевой рессоре воспринимать вертикальные, продольные и поперечные нагрузки, возникающие от колебаний кузова вагона, например, при вилянии или боковом относе, при движении по неровностям рельсового пути.
Отверстия, выполненные в слоях, необходимы для корректной работы самого слоя из упругого материала, а также всей осевой рессоры в целом. Например, в процессе эксплуатации осевой рессоры в местах изгиба слоев из упругого материала под действием внешних нагрузок упругий материал будет охрупчиваться, иными словами подвергаться износу, поскольку давление нагрузки будет приходиться на самую пиковую часть – изгиб слоев из упругого материала. В результате будет повышаться жесткость осевой рессоры с неравномерным распределением напряжений по всему слою упругого материала. Специалисту в данной области техники будет понятно, что вышеописанную проблему помогают решить отверстия, выполненные в упругих слоях осевой рессоры в области изгиба пластин.
Решение поставленной задачи и достижение заявленного технического результата также возможны в частных вариантах исполнения заявленной осевой рессоры.
Так, каждую из указанных пластин преимущественно выполняют из металла, а упругим материалом слоев является, например, резина, что непосредственно влияет на надежность и долговечность рессоры.
Является предпочтительным, если ширина слоя упругого материала от отверстия до края данного слоя упругого материала одинакова для всех слоев упругого материала, что позволяет примерно одинаково распределить нагрузку между всеми слоями из упругого материала, а значит, повысить надежность и долговечность работы рессоры в целом.
Ширина промежуточной пластины, расположенной ближе к первой крайней пластине, больше ширины промежуточной пластины, расположенной дальше от первой крайней пластины, что также способствует более равномерному распределению нагрузки на элементы рессоры при колебаниях кузова вагона.
В заявленном изобретении каждый уровень пластин смещен в продольном направлении один относительно другого на определенное расстояние, напоминая таким образом, «ступеньки» из пластин с промежуточными слоями из упругого материала. Сделано это с целью уменьшения нагрузки на каждый из слоев из упругого материала осевой рессоры.
Далее изобретение, а также некоторые возможные варианты его осуществления более подробно поясняются со ссылками на фигуры, где:
на фиг. 1 показана осевая рессора, вид спереди;
на фиг. 2 показана осевая рессора в изометрической проекции;
на фиг. 3 показана осевая рессора в сечении, проходящем вертикально в продольном направлении через середины отверстий.
Следует отметить, что количество промежуточных пластин может отличаться от указанных на чертеже, как, соответственно, и количество слоев из упругого материала.
Заявленная осевая рессора содержит параллельно размещенные, V-образно изогнутые первую крайнюю пластину 1, вторую крайнюю пластину 2 и по меньшей мере одну промежуточную пластину 3, как показано на фиг. 1. Промежуточных пластин 3 может быть, например, три. Пластины 1, 2, 3 располагаются со смещением друг относительно друга в продольном направлении, образовывая тем самым как бы «лестницу». Иными словами, торец второй крайней пластины 2 будет выступать за торец первой крайней пластины 1, а между ними размещаются торцы промежуточных пластин 3, как показано на фиг. 2, 3.
Первая крайняя пластина 1, вторая крайняя пластина 2, а также промежуточные пластины 3 в предпочтительном варианте исполнения изобретения сделаны из металла, хотя может быть использован и другой подходящий материал.
Промежуточная пластина 3 находится между указанными первой крайней пластиной 1 и второй крайней пластиной 2, при этом между каждой из пар соседних указанных пластин расположен слой 4 из упругого материала, который в процессе использования осевой рессоры обеспечивает лучшие демпфирующие свойства рессоры.
Ширина L1 первой крайней пластины 1 больше ширины L2 второй крайней пластины 2. Толщина первой крайней пластины 1 равна толщине второй крайней пластины 2, но при этом больше толщины указанной по меньшей мере одной промежуточной пластины 3. Как показано на фиг. 1, ширина по меньшей мере одной промежуточной пластины 3 лежит между значениями L1 и L2. В частном варианте исполнения изобретения диапазон значений L1 и L2 может находиться в промежутке от 119 до 137 мм.
В каждом из слоев 4 из упругого материала выполнено отверстие 5, расположенное в области изгиба соседних пластин, ось которого проходит параллельно указанным пластинам. При этом следует учесть, что отверстия 5 расположены одно под другим на оси, проходящей по существу параллельно и вдоль изгибов всех пластин, а именно первой крайней платины 1, второй крайней пластины 2, промежуточных пластин 3. Изгибы пластин обусловлены их выполнением в виде V-образного профиля, который обеспечивает равномерное распределение нагрузки как на концы пластин осевой рессоры, так и на сам изгиб.
Ширина указанного отверстия 5 уменьшается от слоя 4 из упругого материала, примыкающего к первой крайней пластине 1, к слою 4 из упругого материала, примыкающему к второй крайней пластине 2. Переменный размер отверстий обусловлен изменяющейся шириной рессоры, как было написано выше. Размер отверстий по ширине изменяется примерно на столько же, на сколько изменяется ширина рессоры, и лежит в пределах от 5 до 30 мм, более предпочтительно от 15 до 23 мм.
Является предпочтительным, если ширина слоя 4 из упругого материала от отверстия до края данного слоя 4 из упругого материала, то есть по сути полуширина части данного слоя 4 вне отверстия 5, остается неизменной для каждого из слоев 4.
Ширина промежуточной пластины 3, расположенной ближе к первой крайней пластине, в предпочтительном варианте исполнения изобретения больше ширины промежуточной пластины 3, расположенной дальше от первой крайней пластины и может находиться, в частности, в промежутке от 135 до 121 мм.
Заявленная осевая рессора является амортизирующим элементом буксового рессорного подвешивания, т.е. предназначена для смягчения ударов, передаваемых на надрессорное строение (кузов с пассажирами) при прохождении колес по неровностям пути и для уменьшения воздействия подвижного состава на путь и располагается между буксовым узлом, смонтированным на оси колесной пары, и рамой тележки. Осевые рессоры предназначены для работы в температурном интервале от -40ºС до +40ºС.
Таким образом, настоящее изобретение способствует снижению нагрузки на упругий элемент в области изгиба листа, что в свою очередь способствует повышению надежности работы всей осевой рессоры.