КОЛЕСНАЯ ПАРА РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
WHEELSET OF RAILWAY VEHICLE

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, а конкретнее к колесным парам с дифференциальным вращением колес.
Известна колесная пара рельсового транспортного средства, содержащая неподвижную ось с колесами, установленными на ней посредством подшипников, и охватывающие ось полувалы, одними концами связанные с соответствующими колесами, а другими - друг с другом.
С целью повышения долговечности и улучшения динамических качеств, она снабжена охватывающими один полувал гайкой, секторными фрикционными элементами и пружиной, размещенной между упомянутыми гайкой и фрикционными элементами, на этом полувалу выполнена резьба для указанной гайки, а на другом его конце - продольные пазы, в которых установлены с возможностью продольного перемещения указанные фрикционные элементы, с конической поверхностью, обращенной в сторону другого полувала, другой конец которого выполнен с внутренней поверхностью, ответной конической, поверхности указанных фрикционных элементов [А.С. СССР №1593978, МПК B60B 35/14, 37/08, опубл. 23.09.1990 г., БИ №35, авторы Михайлов Е.В. и др. «Колесная пара рельсового транспортного средства»].
Недостатками данного устройства являются: низкая надежность из-за потерь на трение во фрикционном механизме и, в связи с этим, повышенный износ поверхностей катания и гребней колес, необходимость точной регулировки фрикционного соединения на момент трения, который образуется из-за разности скольжений между контактами колес с рельсами и зависящий от вертикальной нагрузки колеса на рельс, т.е. веса вагона, меняющегося в зависимости от перевозимого груза, степени заполнения вагона и т.п.
Известна колесная пара рельсового транспортного средства, содержащая неподвижную ось с колесами, установленными на ней посредством подшипников, в буксах которой размещены демпфирующие элементы, зафиксированные разрезными втулками, выполненные с внутренним и внешним конусом, которые входят одна в другую по конусам и закреплены на оси колесной пары. С целью повышения надежности колеса установлены на металлополимерных подшипниках скольжения с гофрированной поверхностью, и дополнительно введены кольца с высоким классом шероховатости по поверхности скольжения, которые установлены на оси колесной пары, выполненной с буртиками, и запрессованные на ней, а крышки подшипников, которые закреплены на колесах, упираются в буртики. [Положительное решение по заявке №2015155459/11 МПК B60B 37/00 (2006.01) «Колесная пара рельсового транспортного средства», авторов Жданова А.Г., Малышева В.П.].
Недостатками данного устройства являются низкая надежность из-за применения сложных в изготовлении и дорогостоящих демпфирующих элементов из металлорезины и плохая стабилизация движения колесной пары в рельсовой колее, т.е. независимо вращающиеся колеса в рельсовой колее полностью теряют свое направляющее действие и постоянно соприкасаются гребнями либо с правым, либо с левым рельсом.
Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности конструкции, за счет улучшения динамических характеристик и стабилизации движения колесной пары в рельсовой колее.
Технический результат достигается тем, что в колесную пару рельсового транспортного средства дополнительно введены пружины, гидравлические демпфера, внутренние и внешние пластины, крышки букс, шпонки оси и букс, с пазами под шпонки внутренние и внешние кольца, внутри которых размещен демпфирующий элемент, выполненный из пакета гофрированных пластин, которые расположены по окружности и входят друг в друга, внутренние и внешние пластины, которые расположены по торцам колец, пружины, которые установлены между крышками и внешними пластинами, гидравлические демпфера, которые размещенные внутри пружин между крышками букс и осью, в буксах и оси выполнены шпоночные пазы, в которых установлены шпонки, относительно шпонок букс в осевом направлении перемещается колесная пара с закреплением на ней шпонками внутренних и внешних колец с демпфирующими элементами, на которые через внешние пластины действуют пружины и гидравлические демпфера.
Дополнительное введение в устройство демпферных элементов, закрепленных на оси колесной пары с возможностью перемещения по шпонкам относительно буксы, пружин и гидравлических демпферов, компенсирующих смещение относительно колеи, улучшает динамические характеристики, стабилизацию движения и надежность колесной пары в рельсовой колее.
На фиг. 1 показана схема колесной пары рельсового транспортного средства.
На фиг. 2 - разрез А-А колесной пары рельсового транспортного средства.
Устройство состоит из: колесо - 1; металлополимерный подшипник скольжения - 2; ось - 3; букса - 4; элемент демпфирующий - 5; кольцо внешнее - 6; кольцо внутреннее - 7; и 9 - шпонка буксы - 8; шпонка оси; внутренняя пластина - 10; внешняя пластина - 11; крышка буксы - 12; пружина - 13; гидравлический демпфер - 14.
Колесная пара рельсового транспортного средства работает следующим образом. Динамические колебания, возникающие при движении транспортного средства, гасятся демпфирующими элементами 5, представляющими собой пакет гофрированных пластин, установленных между кольцами 6, 7 и пластинами 10, 11, расположенных между осью 3 и буксой 4 и закрепленных между ними при помощи шпонок 8, 9, обеспечивающих неподвижность оси сжатием демпфирующих элементов между кольцами 6 и 7, а также воспринимаются металлополимерными подшипниками скольжения 2, установленными в ступицы колес 1 и содержащих полимерную вставку, размещенную в металлической оболочке. Колесная пара имеет дополнительную степень свободы в осевом направлении относительно тележки вагона (буксы), так как демпфирующее устройство вместе с ней может перемещаться по шпонкам 8 и 9.
При движении рельсового транспортного средства как в прямых, так и в кривых участках пути с различными радиусами кривизны проскальзывания колес по поверхности катания не будет, так как колеса вращаются независимо друг от друга. Конструкция буксового узла позволит самоустанавливаться колесной паре (в составе тележки вагона) при прохождении кривых участков пути за счет деформации демпфирующих элементов в продольной плоскости пропорционально радиусу кривизны рельсового пути.
Известно, что свободно вращающиеся колеса в рельсовой колее полностью теряют свое направляющее действие. При этом колеса постоянно соприкасаются гребнями либо с правым, либо с левым рельсом. Силы взаимодействия между ними благодаря устранению извилистого движения существенно снизились, а время «чистого» взаимодействия, наоборот, резко возросло, что и привело к отрицательным результатам, износа гребней бандажей возросла в 5…6 раз по сравнению с традиционной установкой. [Гура Г.С. Механика и трибология движения колесной пары в рельсовой колее [Электронный ресурс]. - М.: УМЦ ЖДТ (Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте), 2013. - 528 с.].
При выходе колесной пары из кривой участка пути, для устранения контакта гребня колеса с боковой гранью рельса (правого или левого), предназначены пружины 13, установленные в буксах между крышками 12 и пластинами 11, которые через демпфирующие элементы стабилизируют движение колесной пары по прямой. Для гашения колебаний предназначены гидравлические демпферы 14, установленные внутри пружин между крышками 12 и осью 3.
Предлагаемая колесная пара рельсового транспортного средства, позволяет повысить надежность ее работы, за счет улучшения динамических характеристик и стабилизации движения колесной пары в рельсовой колее, увеличить ресурс работы, уменьшить износы колеса и рельса более чем в 2,5…3 раза по сравнению с обычной колесной парой.