ТЕЛЕЖКА ГРУЗОВОГО ВАГОНА
FREIGHT CAR BOGIE

Изобретение относится к области вагоностроения и может быть использовано для создания тележек железнодорожного вагона с повышенным ресурсом.
Известна конструкция тележки для грузовых вагонов, которая обладает пониженным воздействием на рельс в кривых участках пути. Цель достигается тем, что предлагается обеспечить перемещение букс относительно боковины рамы и связанных с кузовом шарнирно-рычажным механизмом. Такие устройства имеют рычажную связь с кузовом [Патент RU №2058241, МПК B61F 5/38 (1995.01), авторы Березин В.В. (RU), Кокорев А.И. (RU), Клюжев А.И. (RU) и др. дата подачи 29.12.1992 г. «Тележка с радиально устанавливающимися колесными парами»].
Недостатком данного устройства является: подверженность вилянию в прямых, так как поворот одной колесной пары относительно своей вертикальной оси сопряжен с поворотом второй колесной пары, что не препятствует, а, наоборот, способствует повороту тележки относительно оси пути и является источником интенсивных колебаний экипажа в прямой.
Известна тележка грузового вагона для уменьшение износа узлов и деталей ходовой части вагонов, в том числе при вписывании в кривые, содержащая раму из боковин, надрессорную балку, рессорный комплект, колесные пары, ось которых разделены на две полуоси, и каждая часть снабжена по обе стороны колеса буксами, причем обе части колесной пары сочленены в центральной части своими полуосями, вставленными в трубу и размещенной между ними пружиной, на буксы установлены боковины, в нижней части скрепленные подрессорной балкой, на которой боковины, в нижней части скрепленные подрессорной балкой, на которой размещен рессорный комплект.[Патент РФ №2440907, МПК B61F 5/06 (2006.01), B61F 5/16 (2006.01), B61F 5/38 (2006.01), B61F 3/16 (2006.01), опубл. 27.01.2012 г., Бюл. №3 авторы Пашков Н.Н. (RU), Тюньков В.В. (RU), Бочерова О.A. (RU), и др. «Тележка грузового вагона»].
Недостатком данного устройства является: повышение массы тележки за счет увеличения количества букс и боковин, в которых закреплены полуоси, в два раза. Невозможность обеспечения соосности частей оси колесной пары при разделение ее на две части, а потом соединении при помощи трубчатого элемента, результатом которого являются повышенные динамические напряжения в стыковочном узле, в следствии отсутствия амортизирующих элементов, демпфирующих воздействия от рельсового пути.
Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.
Техническим результатом изобретения является уменьшение износа узлов и деталей ходовой части вагонов и пути, за счет улучшения динамических характеристик и стабилизации движения тележки, в том числе при прохождении сложных профилей рельсовой колеи.
Технический результат достигается тем, что тележка грузового вагона, содержащая раму из боковин, которые в нижней части скреплены подрессорной балкой, колесные пары, которые разделены на две полуоси, каждая из которых снабжена по обе стороны колеса буксами с боковинами, причем обе части колесной пары сочленены в центральной части своими полуосями через пружину, рессорный комплект отличающаяся тем, что дополнительно содержит ось с металлополимерными подшипниками с гофрированной поверхностью на которые установлены колеса; винты, которые жестко соединены с боковиной и буксами, которые установлены на невращающихся осях колесных пар и связанные с рессорным комплектом через боковины; демпфирующие элементы, которые размещены в буксах: 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, который выполнен из пакета гофрированных пластин, которые расположены по окружности и входят друг в друга; внутренние и внешние пластины расположены по торцам колец; пружины, которые установлены между крышками и внешними пластинами; гидравлические демпфера, которые размещены внутри пружин между крышками букс и осью; в буксах и оси выполнены пазы, в которых установлены шпонки, относительно которых в осевом направлении перемещается колесная пара, на которой закреплены посредством шпонок внутренние и внешние кольца с демпфирующими элементами, причем через внешние пластины действуют пружины и гидравлические демпфера.
Установка винтового крепления между челюстными захватами боковин тележки с буксами, установленными на неподвижной оси, обеспечивает жесткую поперечную связь боковин тележки, сохранения ее прямоугольной формы за счет ликвидации зазора между буксами и челюстями боковин в поперечном и продольном направлении и тем самым уменьшения углов набегания гребней колес на рабочую грань головки рельса при движении в кривых участках пути, а 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 тележек железнодорожного состава в рельсовой колее и способствует повышению их ресурса.
На фиг. 1 показана схема тележки грузового вагона.
На фиг. 2 - разрез А-А тележки грузового вагона.
Устройство состоит из: колесо - 1; металлополимерный подшипник скольжения - 2; ось - 3; букса - 4; элемент демпфирующий - 5; кольцо внешнее - 6; кольцо внутреннее - 7; и шпонка буксы - 8; шпонка оси - 9; внутренняя пластина - 10; внешняя пластина - 11; крышка буксы - 12; гидравлический демпфер - 13; пружина - 14, боковины тележки - 15; винты - 16; рессорный комплект - 17, подрессорная балка - 18.
Тележка грузового вагона работает следующим образом.
При движении вагона по неровностям железнодорожного пути возникают динамические вертикальные колебания. Сначала эти колебания воспринимает колесо 1 тележки, далее колебания воздействуют на буксу 4 и гасятся, установленными в ней 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. Далее оставшиеся колебания воспринимаются металлополимерными подшипниками скольжения 2, установленными в ступицы колес 1 и содержащих полимерную вставку, размещенную в металлической оболочке, и рессорным комплектом тележки 17, установленным на подрессорной балке 18, скрепляющей боковины тележки в нижней части. 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.
С усложнением профиля пути и скоростного режима проявляется интенсивное изнашивание гребней и как частный случай - повышенная вероятность схода с рельс при расширенной колее, в том числе бесстыковых путей. При движении вагона на кривых участках железнодорожного пути возникают сложные колебания, которые приводят к усиленному износу колес и рельсов. Здесь колеса, которые проходят по внешнему рельсу, катятся с большей угловой скоростью, чем колесо, которое проходит по внутреннему рельсу. В связи с этим, чтобы сравнять эту разницу, колесо, которое катится по внутреннему рельсу, проскальзывает по рельсу, что приводит к усиленному износу рельса и колеса, а также появлению дополнительных колебаний, которые создают для вагона дополнительные поперечные воздействия.
В предложенной конструкции тележки при движении вагона, как в прямых, так и в кривых участках пути с различными радиусами кривизны проскальзывания колес 1 по поверхности катания не будет, так как колеса вращаются независимо друг от друга, что уменьшает вероятность дополнительных колебаний.
Вместе с тем, при прохождении кривых проявляются силы, которые могут привести к схождению колеса. Для предотвращения этого в тележке грузового вагона предусмотрена установка винтового крепления 16 между челюстными захватами боковин тележки 15 с буксами 4, установленными на неподвижной оси 3, обеспечивающего жесткую поперечную связь боковин тележки, сохранения ее прямоугольной формы за счет ликвидации зазора между буксами и челюстями боковин в поперечном и продольном направлении и тем самым уменьшения углов набегания гребней колес на рабочую грань головки рельса при движении в кривых участках пути, а дополнительное введение в устройство демпферных элементов 5, закрепленных на оси колесной пары с возможностью перемещения по шпонкам 8 и 9 относительно буксы, пружин 14 и гидравлических демпферов 13 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 14, установленные в буксах между крышками 12 и пластинами 11, которые через демпфирующие элементы стабилизируют движение колесной пары по прямой, смягчают (устраняют) отрицательные силовые связи (колесо-рельс) и сохраняют полезные связи и воздействия, возникающие в тележке вагона при проходе сложных профилей, в том числе трехмерных, а также при износах узлов и деталей, близких к предельно допустимым. Для гашения колебаний, компенсации смещения колес относительно колеи и обеспечения ширины колеи железнодорожного пути, предназначены гидравлические демпфера 13, установленные внутри пружин между крышками 12 и осью 3.
Применение предлагаемой тележки грузового вагона, позволит уменьшить износ узлов и деталей ходовой части вагонов и рельсового пути более чем в 2,5…3 раза, увеличить ресурс работы, по сравнению с типовой тележкой вагона, за счет улучшения динамических характеристик и стабилизации движения тележки, в том числе при прохождении сложных профилей рельсовой колеи.