Устройство шарнирного типа для сочленения вагонов (варианты)
HINGE TYPE DEVICE FOR CARS COUPLING (EMBODIMENTS)

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, в частности к конструкции сцепного устройства железнодорожного подвижного состава, а именно к конструкции устройства шарнирного типа для сочленения вагонов.
Известно, что подвижной состав железнодорожного транспорта в ряде случаев состоит из сочлененных вагонов, соединенных между собой с помощью специального шарнирного устройства – узла сочленения. Данный узел должен выдерживать нормативные продольные, поперечные, вертикальные нагрузки, возникающие во всех направлениях во время движения железнодорожного транспорта.
Известна конструкция шарнирного узла соединения грузовых вагонов (патент RU 161 501 U1 от 17.07.2015), которая состоит из пятниковой и поводковой частей. Пятниковая часть имеет внутри корпуса поверхности для сопряжения с поводковой частью по опорной поверхности и упорной поверхности через вкладыши, при этом поверхности сопряжения подвижных деталей между собой имеют сферическую форму. Общая сборка узла соединения производится посредством вертикально установленного стержня, соединяющего пятниковую и поводковую части между собой.
Недостатком данной конструкции шарнирного узла соединения грузовых вагонов является сложность её изготовления, особенно отливки пятниковой части, наличие большого количества деталей сложной формы, которые сопрягаются между собой по сферическим поверхностям, малая площадь опорной поверхности между поводковой и пятниковой частями, незащищенность пар трения от попадания пыли и посторонних предметов и, как следствие, её низкая надежность и ремонтопригодность.
Наиболее близкой к заявляемому изобретению является конструкция устройства шарнирного типа для сочленения вагонов (патент RU 147170, B61G 1/00, от 07.08.2014). Устройство состоит из пятниковой части и шарнирной части, при этом пятниковая часть имеет на одном конце хвостовик коробчатой формы, на втором конце имеет пятник в нижней части и боковые продольные стенки над пятником, в полость между которыми в продольном направлении входит упомянутая шарнирная часть, имеющая хвостовик прямоугольной формы на одном конце, а на другом конце, входящем между боковыми стенками пятниковой части, имеет цилиндрическое сквозное отверстие с осью, перпендикулярной оси пути, с плотно установленной в нем обоймой со сферической внутренней поверхностью, внутри которой расположен шар, плотно прилегающий к внутренней поверхности обоймы, с выступающими из него с двух сторон по оси отверстия валами, имеющими с одной стороны цилиндрическую форму с осью, перпендикулярной оси пути, а с противоположной стороны имеющими плоскую форму, упомянутые валы входят в отверстия в боковых продольных стенках пятниковой части, имеющие с одной стороны цилиндрическую форму с осью, перпендикулярной оси пути, а с противоположной стороны имеющие плоскую форму, валы закрепляются клиньями, установленными между плоскими сторонами указанных отверстий и валов.
Недостатком такого технического решения является сложность конструкции, малая площадь сопряжения поверхности шара с поверхностью обоймы в шарнирной части, сложность сборки, что повышает трудоемкость изготовления, снижает надежность и ремонтопригодность.
Задачей изобретения является создание разборного устройства шарнирного типа для сочленения вагонов с минимальным количеством деталей, технологичным в изготовлении и с повышенной надежностью и ремонтопригодностью.
Техническим результатом является простота изготовления, повышение надежности и ремонтопригодности конструкции.
Указанный технический результат достигается следующим образом.  Устройство шарнирного типа для сочленения вагонов содержит пятниковую и шарнирную части. Пятниковая часть устройства содержит пятник, переходящий в корпус с внутренней полостью, внутри которой установлены нижний и верхний вкладыши, которые удерживают шар, плотно прилегающий к внутренним сферическим поверхностям вкладышей. При этом шар имеет в своем составе вал переменного по высоте сечения, ориентированный вертикально вверх, с помощью которого шар жестко фиксируется в шарнирной части устройства. Фиксация вкладышей и плотный контакт с шаром осуществляется за счет прижимного фланца, крепящегося сверху к корпусу пятниковой части с помощью болтовых соединений, при этом между нижним вкладышем и прижимным фланцем установлена тарельчатая пружина. Пятник, нижний вкладыш и шар с валом имеют отверстия под шкворень, которые располагаются на одной оси, являющейся геометрическим центром поворота тележки вагона. Шарнирная часть имеет поводковый элемент с отверстием для сопряжения с валом шара, а также опустошение, для облегчения веса конструкции. Пятниковая и шарнирная части имеют также в своем составе и выполненные с ними заодно хвостовики коробчатого сечения, предназначенные для крепления в хребтовой балке вагона с помощью сварки, либо заклепок. В месте перехода поводкового элемента шарнирной части к хвостовику коробчатого сечения предусмотрены ребра жесткости.
Вариантом исполнения является устройство, в котором шар крепится к шарнирной части с помощью вала конической формы и переходной втулки, имеющих конические сопрягаемые поверхности.
Признаками изобретения являются:
1) Устройство шарнирного типа для сочленения вагонов, содержащее пятниковую и шарнирную части.
2) Пятниковая часть устройства содержит пятник, переходящий в корпус с внутренней полостью.
3) Внутри внутренней полости установлены нижний и верхний вкладыши.
4) Вкладыши удерживают шар, плотно прилегающий к внутренним сферическим поверхностям вкладышей.
5) Шар имеет в своем составе вал переменного по высоте сечения, ориентированный вертикально вверх, с помощью которого шар жестко фиксируется в шарнирной части устройства.
6) Фиксация вкладышей и плотный контакт с шаром осуществляется за счет прижимного фланца, крепящегося сверху к корпусу пятниковой части с помощью болтовых соединений.
7) Между нижним вкладышем и прижимным фланцем установлена тарельчатая пружина.
8) Пятник, нижний вкладыш и шар с валом имеют отверстия под шкворень, которые располагаются на одной оси, являющейся геометрическим центром поворота тележки вагона.
9) Шарнирная часть имеет поводковый элемент с отверстием для сопряжения с валом шара.
10) Шарнирная часть имеет опустошение для облегчения веса конструкции.
11) Пятниковая и шарнирная части имеют также в своем составе и выполненные с ними заодно хвостовики коробчатого сечения, предназначенные для крепления в хребтовой балке вагона с помощью сварки, либо заклепок.
12) В месте перехода поводкового элемента шарнирной части к хвостовику коробчатого сечения предусмотрены ребра жесткости.
13) Шар крепится к шарнирной части с помощью вала конической формы и переходной втулки, имеющих конические сопрягаемые поверхности (вариант исполнения 2).
Признаки 1, 2, 9, 11 являются общими с прототипом, признаки 3-8, 10, 12, 13 являются существенными отличительными признаками изобретения.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображено устройство шарнирного типа для сочленения вагонов в разрезе, на фиг. 2 – вариант исполнения 2 вала шара и способа крепления шара в поводковом элементе шарнирной части устройства, на фиг. 3 – фрагмент фиксации вкладышей прижимным фланцем с применением тарельчатой пружины, на фиг. 4 – общий вид устройства в изометрии.
Первый вариант исполнения. Устройство шарнирного типа для сочленения вагонов выполнено разборным, содержит пятниковую 1 и шарнирную 2 части, выполненные методом литья (фиг. 1, 4). Пятниковая часть 1 устройства состоит из пятника 3, переходящего в корпус 4 с внутренней полостью, внутри которой установлены нижний 5 и верхний 6 вкладыши, которые удерживают шар 7, плотно прилегающий к внутренним сферическим поверхностям вкладышей 5 и 6 и имеющий вал 8 переменного по высоте сечения с резьбой на конце, с помощью которого шар жестко фиксируется в поводковом элементе 10 шарнирной части 2 устройства. Фиксация вкладышей 5, 6 и плотный контакт с шаром 7 осуществляется за счет прижимного фланца 9, крепящегося сверху к корпусу 4 пятниковой части 1 с помощью болтовых соединений. Нижний 5 и верхний 6 вкладыши установлены с зазором между собой. Верхний вкладыш 6 имеет в верхней части отверстие с размером, превышающим наибольший размер вала 8 в основании с шаром 7. Между верхним вкладышем 6 и прижимным фланцем 9 установлена тарельчатая пружина 16 в сжатом состоянии (фиг. 3). Пятник 3, нижний вкладыш 5 и шар 7 с валом 8 имеют отверстия под шкворень (позицией не обозначен), которые располагаются на одной вертикальной оси, являющейся геометрическим центром поворота тележки вагона, при этом диаметр отверстия в шаре 7 больше диаметров отверстий в пятнике 3 и вкладыше 5. Шарнирная часть 2 имеет поводковый элемент 10 с отверстием под вал 8 шара 7, а также опустошение 11, для облегчения веса конструкции. Пятниковая 1 и шарнирная 2 части имеют в своем составе хвостовики 12 коробчатого сечения, предназначенные для крепления к хребтовой балке вагона с помощью сварки, либо заклепок. В месте перехода поводкового элемента 10 шарнирной части 2 к хвостовику 12 предусмотрены ребра жесткости 13. Диаметр шара 7 может составлять 250-350 мм. Отверстие в прижимном фланце 9 для выхода вала 8 шара 7 может быть закрыто грязезащитным кожухом. Шарнирная часть 2 может иметь опустошение для облегчения веса конструкции.
Второй вариант исполнения. Все элементы устройства (фиг. 1) повторяются из устройства первого варианта исполнения, но только шар 7 крепится к шарнирной части 2 с помощью вала 14 конической формы и переходной втулки 15, имеющих конические сопрягаемые поверхности (фиг. 2).
Устройство характеризуется тем, что в пятнике, нижнем вкладыше и шаре выполнены отверстия для размещения шкворня тележки вагона. Оси этих отверстий, а также ось вала и центр шара, совпадают с осью шкворня, являющейся геометрическим центром поворота тележки вагона, причем вал шара жестко закреплен в поводковом элементе шарнирной части резьбовой гайкой. Вкладыши имеют внутреннюю сферическую поверхность, обеспечивающую максимальную площадь контакта с шаром, выполняющим функцию шарнирного соединения и несущим все эксплуатационные нагрузки. Детали, имеющие контактные поверхности и подвергающиеся повышенному износу, такие как шар с валом и вкладыши – выполняются из износостойких материалов или имеют неметаллическое износостойкое покрытие, увеличивая межремонтный срок эксплуатации. Крепление прижимного фланца к корпусу с помощью болтовых соединений обеспечивает надежную фиксацию вкладышей и шара и упрощает процесс их постановки и извлечения при изготовлении и ремонте устройства. Сборка деталей осуществляется с минимальными допусками, что предотвращает появление чрезмерного люфта и, соответственно, ударных нагрузок.
Использование предложенной конструкции обеспечивает три степени свободы сочлененным вагонам, повышает технологичность изготовления, надежность и ремонтопригодность устройства для сочленения вагонов за счет применения в качестве шарнира шара, обеспечения большой площади сопряжения поверхности шара с вкладышами, герметичности пар трения и использования в конструкции небольшого количества деталей.