ТРЕХЭЛЕМЕНТНАЯ ТЕЛЕЖКА ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ

Полезная модель относится к подвижному составу железных дорог и касается двухосных трехэлементных тележек для грузовых вагонов.
Известна трехэлементная тележка грузовых вагонов [Вагоны. Под ред. Л.А.Шадура, М.: Транспорт, 1980 г., стр.182], содержащая надрессорную балку с подпятником и двумя боковыми скользунами, взаимодействующими с пятой и боковыми опорами кузова, пружины рессорного подвешивания, через которые надрессорная балка опирается на боковые рамы. Боковые рамы имеют буксовые проемы, которые своей нижней опорной частью опираются на буксовые узлы колесных пар. Тележка содержит также рычажную передачу тормоза.
Недостатком известной конструкции тележки является недостаточный запас прочности реализованной в тележке упругой опоры, размещенной в буксовом проеме боковой рамы, при котором жесткая пластина находится внутри корпуса, а нагрузку воспринимают элементы, выполненные из эластомера, контактирующие с опорными поверхностями боковой рамы и адаптера, что в свою очередь может способствовать сокращению ресурса работы упругой опоры, а также вызвать повышенный износ контактирующих поверхностей буксовых узлов и боковых рам в буксовом проеме в процессе эксплуатации тележки на грузовых вагонах.
Также известна конструкция трехэлементной тележки грузовых вагонов [RU 2256573, МПК B61F 5/12 B61F 5/14, опубл. 20.07.2005 Бюл. № 20], содержащая надрессорную балку с центрально расположенным подпятником и двумя боковыми скользунами, поджатыми в упорные плиты боковых опор кузова упругими элементами, пружины рессорного подвешивания, через которые надрессорная балка оперта на боковые рамы, при этом часть пружин рессорного подвешивания связана с надрессорной балкой через клинья для создания продольных сил нажатия на фрикционные планки боковых рам, и колесные пары с буксовыми узлами, отличающаяся тем, что упругие элементы расположены в углублениях надрессорной балки, имеющих отверстия в нижнем листе, клинья, связывающие часть пружин рессорного подвешивания с надрессорной балкой, выполнены из антифрикционного материала и снабжены накладками из фрикционного материала, закрепленными на их вертикальных стенках и упирающимися во фрикционные планки боковых рам.
Также из уровня техники известна конструкция трехэлементной тележки грузовых вагонов [патент RU 93764, МПК B61F 5/38, опубл. 10.05.2010 Бюл. № 13], содержащая колесные пары с буксовыми узлами, состоящими из буксового подшипника, установленного на него адаптера и упругой опоры, выполненной из металлических пластин, разделенных слоями эластичного материала, боковые рамы с буксовыми проемами, опертыми на упругие опоры, надрессорную балку с центрально расположенным подпятником и двумя боковыми скользунами, пружины рессорного подвешивания, через которые надрессорная балка оперта на боковые рамы, и рычажную передачу тормоза, отличающаяся тем, что буксовые проемы боковой рамы с опорной частью выполнены с уширением в виде утолщенного канта, переходящего на радиусный переход к нижнему силовому поясу боковой рамы и плавно сливающегося с ее боковыми стенками, в центре буксового проема боковой рамы выполнено отверстие, в которое запрессован центральный штифт упругой опоры, закрепленный в ее верхней пластине вместе с направляющим штифтом, ориентирующим упругую опору вдоль боковой рамы и входящим в соответствующее отверстие в опорной части буксового проема с зазором, а нижняя пластина упругой опоры зафиксирована на адаптере между его упорными буртами.
Данная конструкция выбрана в качестве прототипа для заявляемой полезной модели.
Существенными недостатками известных конструкции трехэлементных тележек грузовых вагонов является их недостаточный ресурс работы, обусловленный повышенными нагрузками (напряжениями), возникающими в констатирующих поверхностях боковой рамы тележки и адаптера подшипникового узла, вызывающих выдавливание упругой опоры в кривых участках пути, неравномерное распределение вертикальной нагрузки, передающейся от горизонтальной поверхности буксового узла боковой рамы на внешнюю опорную поверхность упругой опоры, разрушение эластичного материала и последующий его отрыв от внутренней поверхности жестких пластин.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание конструкции трехэлементной тележки грузовых вагонов, обеспечивающей повышенную эксплуатационную надежность буксового узла и долговечность упругой опоры буксового узла тележки грузового железнодорожного вагона, предотвращение отрыва эластичного материала упругой опоры от внутренней поверхности её жестких пластин под нагрузкой, в сочетании с оптимальной металлоемкостью и без снижения ее демпфирующих свойств, а также обеспечение визуального контроля за техническим состоянием эксплуатируемого адаптера с упругой опоры.
Технический результат, достигаемый при использовании полезной модели, заключается в повышении эксплуатационной надежности тележки грузового железнодорожного вагона путем снижения напряжений в контактирующих поверхностях боковой рамы тележки и адаптера подшипникового узла с возможностью предотвращения выдавливающего воздействия нагрузок (боковом, вертикальном и продольном направлении), действующих при движении в кривых участка пути.
Поставленная задача решается, а указанный технический результат достигается за счет того, что трехэлементная тележка грузовых вагонов, содержащая колесные пары с буксовыми узлами, состоящими из буксового подшипника, установленного на него адаптера и упругой опоры, включающей верхнюю жесткую пластину, среднюю жесткую пластину, нижнюю жесткую пластину и эластичные пластины, расположенные между верхней жесткой пластиной и средней жесткой пластиной, средней жесткой пластиной и нижней жесткой пластиной и соединенные с ними, при этом верхняя жесткая пластина и нижняя жесткая пластина выполнены с рабочими поверхностями, ответными по форме рабочим поверхностям боковой рамы тележки и адаптера буксового узла, боковые рамы с буксовыми проемами, опертыми на упругие опоры, надрессорную балку с центрально расположенным подпятником и двумя боковыми скользунами, пружины рессорного подвешивания, через которые надрессорная балка оперта на боковые рамы, и рычажную передачу тормоза, буксовые проемы боковой рамы с опорной частью, при этом в центре буксового проема боковой рамы выполнено отверстие, в котором запрессован центральный штифт упругой опоры, закрепленный в ее верхней жесткой пластине вместе с направляющим штифтом, ориентирующим упругую опору вдоль боковой рамы и входящим в соответствующее отверстие в опорной части буксового проема с зазором, а нижняя жесткая пластина упругой опоры зафиксирована на адаптере между его упорными буртами. Торцевые поверхности верхней жесткой пластины, торцевые поверхности средней жесткой пластины и торцевые поверхности нижней жесткой пластины выполнены различными по толщине и с взаимным смещением по периметру относительно друг друга на величину (∆), а верхняя жесткая пластина, контактирующая в сборе буксового узла с рабочей поверхностью боковой рамы и эластичной пластиной, выполнена в сечении с переменной толщиной, увеличивающейся от торцевой поверхности верхней жесткой пластины до толщины средней внутренней поверхности верхней жесткой пластины, при этом отношение толщины торцевой поверхности верхней жесткой пластины к толщине средней поверхности верхней жесткой пластины составляет от 0,1 до 0,5.
Величина (∆) взаимного смещения по периметру торцевых поверхностей верхней жесткой пластины, торцевых поверхностей средней жесткой пластины, размещенной между эластичными пластинами, и торцевых поверхностей нижней жесткой пластины по периметру относительно друг друга составляет не более 1 мм.
Верхняя жесткая пластина в сечении выполнена в форме трапеции.
Средняя жесткая пластина, размещенная между эластичными пластинами, выполнена толщиной не менее 3 мм.
Нижняя жесткая пластина выполнена толщиной не менее 5 мм.
Толщина торцевой поверхности верхней жесткой пластины выполнена не менее 3 мм, а толщина средней внутренней поверхности верхней жесткой пластины выполнена не менее 18 мм.
Внешняя рабочая поверхность верхней жесткой пластины, контактирующая в сборе буксового узла с поверхностью боковой рамы, выполнена со сторонами (а1) и (b1).
Стороны (а1) и (b1) внешней рабочей поверхности верхней жесткой пластины, контактирующей в сборе буксового узла с поверхностью боковой рамы, составляют 200 мм и 240 мм.
Высота (H) упругой опоры выполнена в интервале от 48,5 мм до 53,5 мм.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется графическим материалом.
Фиг. 1 – общий вид трехэлементной тележки для грузовых вагонов;
Фиг. 2 – вид А (сверху), трехэлементной тележки для грузовых вагонов;
Фиг. 3 – вид Б, схема размещения упругой опоры в буксовом узле трехэлементной тележки для грузовых вагонов с местным разрезом;
Фиг. 4 – вид В, упругая опора, главный вид с местным разрезом;
Фиг. 5 – упругая опора, вид Г на фиг. 4;
Фиг. 6 – упругая опора, вид Б на фиг. 5;
Фиг. 7 – схема размещения упругой опоры в буксовом узле тележки грузового вагона, вид Е на фиг. 2.
Трехэлементная тележка грузовых вагонов содержит колесные пары 1 с буксовыми узлами, состоящими из буксового подшипника качения 2, установленного на него адаптера 3 и упругой опоры 4, на которую опирается боковая рама 5 буксовыми проемами с опорной частью 6. Боковая рама 5 выполнена с уширением относительно боковых стенок 7 боковой рамы 5 в виде утолщенного канта 8, переходящего с радиусным переходом к нижнему силовому поясу средней части боковой рамы 5 и плавно сливающегося с ее боковыми стенками 7.
Надрессорная балка 13 трехэлементной тележки грузового вагона выполнена с центрально расположенной плитой подпятника 14 и двумя боковыми опорными скользунами 15 и опирается через пружины 16 рессорного подвешивания, расположенные в центральном проеме 17, на боковые рамы 5. Тележка оборудована тормозной рычажной передачей 18.
Упругая опора 4 состоит из жестких пластин: верхней жесткой пластины 4.1, средней жесткой пластины 4.2, нижней жесткой пластины 4.3. Между верхней жесткой пластиной 4.1 и средней жесткой пластиной 4.2, а также между средней жесткой пластиной 4.2 и нижней жесткой пластиной 4.3 расположены эластичные пластины 4.4. Верхняя жесткая пластины 4.1, средняя жесткая пластины 4.2, нижняя жесткая пластина 4.3 и эластичные пластины соединены посредством, например, клеевого соединения. Упругая опора 4, состоящая из верхней жесткой пластины 4.1, средней жесткой пластины 4.2, нижней жесткой пластины 4.3 и эластичных пластин 4.4, также может быть изготовлена методом свободной заливки по ТУ 2292-001-75234997-2007 «Изделия полиуретановые».
Верхняя жесткая пластина 4.1 в сечении может быть выполнена в форме трапеции. В утолщенной верхней жесткой пластине 4.1 закреплены центральный штифт 9 и направляющий штифт 10, который за счет зазора ориентирует при сборке упругую опору 4 вдоль боковой рамы 5 по соответствующему отверстию 11 в нижней опорной части (рабочей поверхности) 6 при запрессовке центрального штифта 9 упругой опоры 4 в отверстие 12, выполненное в центре буксового проема боковой рамы 5. Нижняя жесткая пластина 4.3 упругой опоры 4 зафиксирована на адаптере 3 между его упорными буртами 3.1.
В качестве материала для изготовления верхней жесткой пластины 4.1, средней жесткой пластины 4.2 и нижней жесткой пластины 4.3 может применяться металл. В качестве материала для изготовления эластичных пластин 4.4 может применяться полиуретановый эластомер.
Эластичные пластины 4.4 выполнены V-образной формы и расположены своими торцевыми поверхностями относительно торцевых поверхностей верхней жесткой пластины 4.1, средней жесткой пластины 4.2 и нижней жесткой пластины 4.3 со смещением к центру упругой опоры 4.
1
1.1
1
1.1
1
Верхняя жесткая пластина 4.1, контактирующая в сборе буксового узла с рабочей поверхностью 6 боковой рамы 5 и эластичной пластиной 4.4, выполнена в сечении с переменной толщиной (S), увеличивающейся от толщины (S) торцевой поверхности верхней жесткой пластины 4.1 до толщины (S) средней внутренней поверхности верхней жесткой пластины 4.1. Отношение толщины (S) торцевой поверхности верхней жесткой пластины 4.1 к толщине (S) средней поверхности верхней жесткой пластины 4.1 составляет от 0,1 до 0,5.
1.2
1.3
Средняя жесткая пластина 4.2, размещенная между эластичными пластинами 4.4, выполнена толщиной (S), а нижняя жесткая пластина 4.3 выполнена толщиной (S).
1.1
Толщина (S) торцевой поверхности верхней жесткой пластины 4.1 выполнена не менее 3 мм.
1
Толщина (S) средней внутренней поверхности верхней жесткой пластины 4.1 выполнена не менее 18 мм.
1.2
Толщина (S) торцевой поверхности средней жесткой пластины 4.2 выполнена не менее 3 мм.
1.3
Толщина (S) торцевой поверхности нижней жесткой пластина 4.3 выполнена не менее 5 мм.
Торцевые поверхности верхней жесткой пластины 4.1, торцевые поверхности средней жесткой пластины 4.2, размещенной между эластичными пластинами 4.4, и торцевые поверхности нижней жесткой пластины 4.3 выполнены с взаимным смещением по периметру относительно друг друга на величину (∆).
Величина (∆) взаимного смещения по периметру торцевых поверхностей верхней жесткой пластины 4.1, торцевых поверхностей средней жесткой пластины 4.2, размещенной между эластичными пластинами 4.4, и торцевых поверхностей нижней жесткой пластины 4.3 относительно друг друга составляет не более 1 мм.
Внешние поверхности верхней жесткой пластины 4.1 и нижней жесткой пластины 4.3 являются рабочими и выполнены по форме ответными контактирующими с ними в сборе буксового узла рабочими поверхностями (нижней опорной части) боковой рамы 5 тележки и адаптера 3 буксового узла.
Внешняя рабочая поверхность верхней жесткой пластины 4.1, контактирующая в сборе буксового узла с поверхностью боковой рамы, выполнена со сторонами (а1) и (b1). Стороны (а1) и (b1) внешней рабочей поверхности верхней жесткой пластины 4.1, контактирующей в сборе буксового узла с рабочей поверхностью боковой рамы 5, составляют 200 мм и 240 мм.
Верхняя жесткая пластина 4.1, контактирующая в сборе буксового узла с рабочей поверхностью боковой рамы, выполнена в форме трапеции.
Упругая опора буксового узла трехэлементной тележки грузового вагона выполнена высотой (H). Высота (H) упругой опоры буксового узла тележки грузового вагона выполнена в интервале от 48,5 мм до 53,5 мм.
На фиг. 1, фиг. 3 и фиг. 5 показаны схемы размещения упругой опоры в буксовом узле трехэлементной тележки грузового вагона, при этом рабочая поверхность боковой рамы тележки, контактирующая в сборе с внешней поверхностью верхней жесткой пластины 4.1 упругой опоры, выполнена со сторонами А и B.
При движении грузового вагона по криволинейным участкам пути боковая рама тележки совершает маятниковые движения – наклоняясь в сторону оси железнодорожного пути и в обратном направлении – относительно опорной поверхности, которой является горизонтальная поверхность верхней части буксы или адаптера, при этом упругая опора, как демпфирующий элемент буксового узла трехэлементной тележки грузового вагона, снижает ударные нагрузки от боковых рам на оси колесных пар и создает пространственные упругие связи между элементами тележки за счет верхней жесткой пластины 4.1, средней жесткой пластины 4.2, нижней жесткой пластины 4.3 и слоев из эластичных пластин 4.4.
Примером реализации заявляемой полезной модели трехэлементной тележки грузового вагона с горизонтальной опорной поверхностью буксового узла со сторонами A и B (см. фиг.1, фиг. 7) может быть трехэлементная тележка грузового вагона, содержащая колесные пары 1 с буксовыми узлами, состоящими из буксового подшипника качения 2, установленного на него адаптера 3 и упругой опоры 4, на которую опирается боковая рама 5 буксовыми проемами с опорной частью (рабочей поверхностью) 6. Боковая рама 5 выполнена с уширением относительно боковых стенок 7 боковой рамы 5 в виде утолщенного канта 8, переходящего с радиусным переходом к нижнему силовому поясу средней части боковой рамы 5 и плавно сливающегося с ее боковыми стенками.
Надрессорная балка 13 трехэлементной тележки грузового вагона выполнена с центрально расположенной плитой подпятника 14 и двумя боковыми опорными скользунами 15 и опирается через пружины 16 рессорного подвешивания, расположенные в центральном проеме 17, на боковые рамы 5. Тележка оборудована рычажной тормозной передачей 18.
На верхней полке верхнего пояса боковой рамы 5 над буксовым проемом может быть выполнено технологическое отверстие.
Упругая опора 4 содержит верхнюю жесткую пластину 4.1, среднюю жесткую пластину 4.2, нижнюю жесткую пластину 4.3 и расположенные между верхней жесткой пластиной 4.1 и средней жесткой пластиной 4.2 эластичные пластины 4.4. Эластичная пластина 4.4. расположена между средней жесткой пластиной 4.2 и нижней жесткой пластиной 4.3. Между собой верхняя жесткая пластина 4.1, средняя жесткая пластина 4.2, нижняя жесткая пластина 4.3 и эластичные пластины 4.4 соединены посредством, например, клеевого соединения. Эластичные пластины 4.4 выполнены V-образной формы c толщиной (h), составляющей 11 мм.
Упругая опора 4, состоящая из верхней жесткой пластины 4.1, средней жесткой пластины 4.2, нижней жесткой пластины 4.3 и эластичных пластин 4.4, также может быть изготовлена методом свободной заливки по ТУ 2292-001-75234997-2007 «Изделия полиуретановые».
Внешняя рабочая поверхность верхней жесткой пластины 4.1, контактирующая в сборе буксового узла с горизонтальной поверхностью боковой рамы, выполнена со сторонами а1 = 200 мм и b1 = 240 мм.
Торцевые поверхности верхней жесткой пластины 4.1, торцевые поверхности средней жесткой пластины 4.2, размещенной между эластичными пластинами 4.4, и торцевые поверхности нижней жесткой пластины 4.3 выполнены с взаимным смещением по периметру относительно друг друга на величину (∆). Величина (∆) взаимного смещения по периметру торцевых поверхностей верхней жесткой пластины 4.1, торцевых поверхности средней жесткой пластины 4.2, размещенной между эластичными пластинами 4.4, и торцевых поверхностей нижней жесткой пластины 4.3 относительно друг друга составляет не более 1 мм.
1
1.1
1
1.1
1
Верхняя жесткая пластина 4.1 предпочтительно в сечении выполнена в форме трапеции, контактирующая в сборе буксового узла с рабочей поверхностью боковой рамы 5 и эластичной пластиной 4.4, выполнена в сечении с переменной толщиной (S), увеличивающейся от толщины (S) торцевой поверхности верхней жесткой пластины 4.1 до толщины (S) средней внутренней поверхности верхней жесткой пластины 4.1. Отношение толщины (S) торцевой поверхности верхней жесткой пластины 4.1 к толщине (S) средней поверхности верхней жесткой пластины составляет от 0,1 до 0,5.
1.1
1
Толщина (S) торцевой поверхности верхней жесткой пластины 4.1 составляет 3 мм, а толщина (S) средней внутренней поверхности верхней жесткой пластины 4.1 составляет 18 мм.
1.2
1.3
Средняя жесткая пластина 4.2, размещенная между эластичными пластинами 4.4, выполнена толщиной (S), составляющей 3 мм, а нижняя жесткая пластина 4.3 выполнена толщиной (S), составляющей 5 мм.
1.1
1
Отношение толщины (S) торцевой поверхности верхней жесткой пластины 4.1 к толщине (S) средней поверхности верхней жесткой пластины 4.1 при указанных выше значениях составляет 0,17.
Упругая опора буксового узла тележки грузового вагона выполнена высотой (H). Высота (H) упругой опоры буксового узла тележки грузового вагона составляет 51 мм.
Верхняя жесткая пластина 4.1, средняя жесткая пластина 4.2 и нижняя жесткая пластина 4.3, и эластичные пластины 4.4, реализованные по заявленной полезной модели, обеспечивают несущую способность упругой опоры, не влияя на ее упругие деформации.
1
1.1
1.2
1.3
Уменьшение величин предложенных параметров толщины (S) и (S) верхней жесткой пластины 4.1, толщины (S) средней жесткой пластины 4.2, толщины (S) нижней жесткой пластина 4.3 с одновременным увеличением величины (∆) взаимного смещения по периметру торцевых поверхностей верхней жесткой пластины 4.1, торцевых поверхностей средней жесткой пластины 4.2, размещенной между эластичными пластинами 4.4, и торцевых поверхностей нижней жесткой пластины 4.3 относительно друг друга, а также толщины (h) эластичных пластин 4.4 и высоты (H) упругой опоры буксового узла приведет к снижению эксплуатационной надежности трехэлементной тележки, ее буксового узла и долговечности упругой опоры тележки грузового железнодорожного вагона.
В настоящее время на заявляемую полезную модель в АО «Научно-производственная корпорация «Уралвагонзавод» разработана конструкторская документация и проведены всесторонние испытания опытных образцов.