КЛИН ФРИКЦИОННЫЙ
FRICTION WEDGE

Изобретение относится к области железнодорожного машиностроения, а именно, к средствам соединения между тележкой и рамой железнодорожного вагона, которые предназначены для гашения колебаний тележек.
Известные клинья фрикционные отличаются высокой материалоемкостью, что связано с их регламентированными габаритами, требуемыми для размещения и установки в тележках железнодорожных вагонов, а также с необходимостью обеспечения их высокой прочности в сложных условиях эксплуатации во время движения железнодорожного вагона, поэтому основной задачей по улучшению эксплуатационных свойств фрикционного клина является совершенствование его конструкции и технологии изготовления с целью увеличения прочности, износостойкости и долговечности, что приводит к неоправданно увеличенной массе клина и к не технологичности изготовления.
Однако в современных отраслевой и экономической ситуациях все больше возрастают требования, предъявляемые к минимизации материалоемкости фрикционных клиньев, оправданной с точки зрения обеспечения требуемых прочностных характеристик, необходимых для обеспечения надежной, долговременной работы во время эксплуатации.
В патенте RU 186214 U1 описан клин фрикционный, выполненный в виде полого корпуса, который включает опорную площадку, выступ, две боковые стенки, заднюю стенку, верхнюю и переднюю стенки, сопряженные между собой наклонной стенкой, имеющей рабочие поверхности, разделенные углублением, внутреннее ребро. Отмечено, что боковые стенки и внутреннее ребро выполнены со сквозными отверстиями, на наружной поверхности опорной площадки выполнена кольцевая канавка под установку пружины, задняя стенка имеет кольцевую канавку, идентичную кольцевой канавке опорной площадки, и выступ, разница длин между выступом на задней стенке и выступом на опорной площадке составляет не более 20%.
В патенте RU 116821 U1 приведено описание конструкции фрикционного клина, в котором полый корпус с опорной площадкой, передним ребром и кольцевым буртиком под пружины. Корпус имеет горизонтальную и переднюю вертикальную стенки, сопрягаемые с наклонной стенкой, имеющей рабочую поверхность и углубление, а также внутреннее ребро и боковые стенки со сквозными отверстиями и вертикальную стенку. Сквозные отверстия внутреннего ребра и боковых стенок выполнены в виде треугольников с закругленными углами, один из которых представляет собой дугу четверти окружности. Отмечено также, что центр окружности дуги боковых стенок расположен от наружной поверхности опорной площадки на расстоянии 58 мм. Внутреннее ребро, вертикальная передняя стенка и горизонтальное ребро выполнены толщиной 12 мм, боковые стенки - толщиной 13 мм. На наружной поверхности опорной площадки вокруг кольцевого буртика и вдоль вертикальной стенки выполнены радиусные углубления.
В патенте RU 162355 U1 описан фрикционный клин тележки железнодорожного вагона, выполненный в виде чугунного коробчатого корпуса, состоящего из наклонной стенки, верхней, вертикальной, нижней и боковых стенок. Нижняя стенка снабжена местом под спиральные пружины, боковые стенки снабжены ребрами жесткости, корпус клина внутри разделен на две части ребром жесткости, вертикальная поверхность выполнена с возможностью взаимодействия с фрикционной планкой, установленной на опорной колонке боковой рамы тележки, наклонная поверхность - с соответствующей поверхностью надрессорной балки, боковые стенки вместе с ребром жесткости выполнены с отверстиями. При этом предлагается толщины граней, стенок, ребер и параметры отверстий в конструкции клина выбирать из условия превышения массы на заданную величину от некоторого порогового значения массы клина, определяемого по второй производной зависимости относительного расчетного коэффициента запаса прочности клина от его относительной массы.
В заявке RU 98108808 А1 описан клин фрикционный, выполненный в виде чугунного полого корпуса, состоящего из наклонной стенки, верхней, вертикальной и нижней и боковых стенок, при этом нижняя стенка снабжена местом под спиральные пружины, боковые стенки снабжены ребрами жесткости, а корпус клина внутри разделен на две части сплошным ребром жесткости, отмечено также, что стенки и ребра жесткости клина выполнены одной толщины из чугуна.
Известен клин фрикционный, изготавливаемый по чертежу 1698.00.003 ПКБ ЦВ ОАО «РЖД», 2006 г., который включает полый корпус с опорной площадкой, передним ребром и кольцевым буртиком под пружины, верхнюю горизонтальную и переднюю вертикальную стенки, сопрягаемые с наклонной стенкой, имеющей рабочую поверхность, внутреннее сплошное ребро и боковые стенки со сквозными отверстиями,
Все эти известные клинья фрикционные характеризуются неоправданно высокой материалоемкостью, что прежде всего связано с неоправданно завышенными толщинами некоторых конструктивных элементов, не сочетающихся с их сбалансированностью по напряжениям, с выполнением конструктивных элементов равнотолщинными, с выполнением внутреннего ребра сплошным, делящим корпус на две отдельные части и т.д.
Техническим результатом настоящего изобретения является создание усовершенствованного фрикционного клина со сниженной материалоемкостью, в котором при этом обеспечены прочностные характеристики, необходимые для надежной и долговечной эксплуатации.
Изобретение поясняется с помощью графических материалов, где на фиг. 1 фрикционный клин показан в разрезе; на фиг. 2 показано сечение А-А фиг. 1; на фиг. 3 показан вид сверху фиг. 1; на фиг. 4 показан вид Б фиг. 1.
Как показано на графических материалах, фрикционный клин выполнен в виде полого корпуса, который включает верхнюю горизонтальную стенку 1, опорную площадку 2 с выступающим вниз кольцевым буртиком 3, предназначенным для взаимодействия с подклиновой пружиной рессорного комплекта (на фиг. не показано), сквозное отверстие 4, переднее горизонтальное ребро 5, внутреннее ребро 6, переднюю вертикальную стенку 7, которая может быть выполнена, как и во многих известных используемых фрикционных клиньях толщиной 12 мм. Полый корпус фрикционного клина включает также наклонную стенку 8, сопряженную с верхней горизонтальной 1 и с передней вертикальной 7 стенками. Наклонная стенка 8, как и в известных клиньях фрикционных, имеет опорную рабочую поверхность, предназначенную для взаимодействия с наклонной поверхностью надрессорной балки (на фиг. не показано). Две противоположные боковые стенки 9 выполнены с одинаковыми, расположенными друг напротив друга сквозными отверстиями 10. Как и в известных клиньях фрикционных задняя вертикальная стенка 11 полого корпуса выполнена с возможностью взаимодействия с вертикальной опорной поверхностью боковой рамы тележки железнодорожного вагона через опорную поверхность (на фиг. не показано).
Верхняя горизонтальная стенка 1 выполнена со сквозным отверстием 12, которое с одного края примыкает к внутренней поверхности задней вертикальной стенки 11. Наличие в полом корпусе сквозного отверстия 12 снижает материалоемкость и, следовательно, вес клина фрикционного, но не уменьшает прочностные характеристики, поскольку верхняя горизонтальная стенка 1 не несет силовой нагрузки при эксплуатации фрикционного клина. Проведенные исследования и испытания опытных образцов фрикционного клина показали, что возможно также снижение толщины верхней горизонтальной стенки 1 до 8-10 мм без снижения прочностных характеристик корпуса, которые необходимы при взаимодействии клина фрикционного с соответствующими конструктивными элементами тележек вагонов во время эксплуатации. Внутреннее ребро 6 выполнено частично выступающим внутрь корпуса от внутренней поверхности наклонной стенки 8 и внутренней поверхности передней вертикальной стенки 7, при этом оно имеет изогнутую форму и состоит из двух частей 13, 14, каждая из которых имеет толщину, предпочтительно 15 мм, и выступает внутрь полости корпуса на 12 мм. Как показано на фигурах чертежей, торцевая поверхность одной части 13 внутреннего ребра 6 параллельна внутренней поверхности наклонной стенки 8, а торцевая поверхность другой его части 14 параллельна внутренней поверхности передней вертикальной стенки 7 и имеет радиусное сопряжение 15 с внутренней поверхностью опорной площадки 2 вблизи края сплошного сквозного отверстия 4, проходящего через кольцевой буртик 3 и опорную площадку 2. Предпочтительно, чтобы сплошное сквозное отверстие 4, проходящее через кольцевой буртик 3 и опорную площадку 2 было выполнено диаметром 60 мм при диаметре кольцевого буртика 80 мм. Каждое из сквозных отверстий 10 в боковых стенках 9 образовано сочлененными между собой тремя криволинейными поверхностями и одной плоской поверхностью 16, параллельной торцевой поверхности внутреннего ребра 6 и, следовательно, внутренней поверхности наклонной стенки 8, при этом две криволинейные поверхности 17, прилегающие к плоской поверхности 16, представляют собой дуги четверти окружности одинакового радиуса, предпочтительно 26 мм, а расположенная между ними криволинейная поверхность 18 представляет собой дугу четверти окружности радиусом предпочтительно 35 мм, а ее центр расположен от внутренней поверхности опорной площадки 2 на расстоянии предпочтительно 52 мм, и от внутренней поверхности задней вертикальной стенки 11 на расстоянии предпочтительно 48 мм. На фигуре 1 видно, что дуги четвертей окружностей 17 и 18 имеют плавное сопряжение. Толщина опорной площадки 2 предпочтительно может быть выбрана из диапазона 10-13 мм. Целесообразно фрикционный клин изготавливать методом литья из чугуна СЧ 35.
Внесенные в конструкцию клина фрикционного описанные выше изменения позволили создать клин фрикционный с высокой степенью уменьшения материалоемкости, но оптимизированного при этом по прочности.
Испытания опытных образцов клиньев фрикционных, изготовленных в соответствии с наличием конструктивных элементов и их параметров, описанных в данной заявке, показали, что их прочностные характеристики соответствуют ГОСТ 34503-2018 «Клинья фрикционные тележек грузовых вагонов. Общие технические условия» при допустимом снижении веса до 40%, что обеспечивает значительную экономию металла при его изготовлении.