ТРЕХТЕЛЕЖЕЧНОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО И СРЕДНЯЯ ТЕЛЕЖКА КОНСТРУКЦИИ В.В. БОДРОВА
THREE-CAR VEHICLE DESIGN AND MEDIUM TRUCK OF V.V. BODROV

Устройство относится к рельсовым грузовым транспортным средствам.
Известно устройство для шлакоуборки [1], включающее котел для перевозки жидкого металлургического шлака, состоящий из трех жестко скрепленных секций, каждая из которых опирается на свою тележку, крайние секции - на поворотные тележки, а средняя - на поперечно перемещаемую. Изобретение не реализовано в основном по той причине, что не была предложена конструкция средней тележки и ее сочленения с кузовом.
Проблема в том, что при движении транспортного средства (в дальнейшем ТС) в кривой пути на него действует центробежная сила, передающаяся через тележки на рельсы. Если средняя тележка выполнена только с возможностью поперечного перемещения, но не имеет механизма передачи горизонтальной нагрузки, то у ТС повышенной грузоподъемности повышенная горизонтальная нагрузка будет восприниматься только поворотными тележками посредством шкворней, что существенно сократит длительность их срока службы.
Известно и принято в качестве прототипа устройство по патенту [2]. Трехтележечный вагон включает раму с хребтовой и поперечными балками, опирающимися на две поворотных и среднюю поперечно перемещаемую тележки. В середине хребтовой балки выполнен узел стыковки с верхней опорной плитой средней тележки, а в поперечных балках выполнены соосные отверстия с осями, паралельными продольной оси вагона, и в них размещены торсионы с кривошипно-шатунными механизмами.
Средняя тележка включает механизм сочленения с вагоном, содержащий опорные плиты с плоскими рабочими поверхностями - нижнюю, жестко закрепленную на надрессорной балке двухосной, или соединительной балке четырехосной тележки, и верхнюю, жестко соединенную с хребтовой балкой, а также размещенные между ними ролики, объединенные сепаратором. На обоих концах как минимум одного ролика выполнены шестерни центрирования с радиусом начальной окружности, равным радиусу качения роликов, шестерни входят в зацепление с зубчатыми рейками центрирования, жестко закрепленными к верхней и/или нижней опорной плите. Нижняя опорная плита шарнирно соединена с шатунами кривошипно-шатунных механизмов.
Торсионы с кривошипно-шатунными механизмами, соединенными с нижней опорной плитой средней тележки, частично передают на нее горизонтальные силы кузова. Из-за необходимости закручивать торсионы на угол более 180° их длина должна превышать 5 метров, при такой длине они при закручивании склонны к самопроизвольным прогибам.
Проблема увеличения грузоподъемности характерна для практически всех видов ТС, особенно для цистерн и думпкаров, а средняя тележка позволяет в значительной мере ее решить, но механизм передачи горизонтальной нагрузки, содержащий торсионы большой длины, существенно ограничивает его применение. Например, цистерны не имеют достаточного количества промежуточных поперечных балок, отверстия в которых поддерживали бы прямолинейность торсионов, в думпкарах пространство на уровне хребтовой балки и верха тележек перекрыто силовыми пневмоцилиндрами.
Недостаток прототипа - ограниченность применения.
Задача изобретения - расширение области применения средней тележки путем повышения компактности механизма передачи на нее горизонтальной нагрузки.
Задача решается за счет того, что в трехтележечном транспортном средстве, включающем емкость для перевозки материалов, две поворотные и среднюю поперечно перемещаемую тележки, а также опору на среднюю тележку, содержащую продольную балку, например, хребтовую, с узлом стыковки с ее верхней опорной плитой, согласно изобретению, к обеим боковым поверхностям продольной балки симметрично относительно ее середины жестко закреплены по две или по четыре проушины в зависимости от количества пар боковых рам в средней тележке, проушины шарнирно соединены посредством пар шарнирно соединенных шатунов, подпружиненных с усилием, направленным на увеличение угла между шатунами в каждой паре, с проушинами средней тележки.
Дополнительно к этому, шатуны выполнены равной длины, превышающей половину максимально возможного поперечного смещения средней тележки относительно продольной балки в кривых пути, расстояние между проушинами продольной балки равно расстоянию между проушинами средней тележки.
В средней тележке, включающей верхнюю опорную плиту с узлом стыковки с продольной балкой, нижнюю опорную плиту, жестко соединенную с надрессорной балкой двухосной или с соединительной балкой четырехосной тележки, размещенные между ними объединенные сепаратором ролики с механизмом их противоскольжения, а также боковые рамы с колесными парами, согласно изобретению противоположные боковые рамы тележки жестко соединены горизонтальной рамой, имеющей над каждой боковой рамой по две проушины, шарнирно соединенные с проушинами продольной балки посредством пар шарнирно соединенных шатунов, подпружиненных с усилием, направленным на увеличение угла между шатунами в каждой паре.
Проушины и шатуны - необходимые элементы большинства типов шарнирных соединений. В предложенном ТС и в средней тележке (в дальнейшем - тележка) признак «пары шарнирно соединенных шатунов, подпружиненных с усилием, направленным на увеличение угла между шатунами в каждой паре», обеспечивает желаемое силовое взаимодействие между опорой и тележкой. Как известно, в шарнирно соединенном стержневом треугольнике с нагруженной вершиной, на основание действуют соосные ему и направленные в противоположные стороны силы, пропорциональные тангенсу половины угла между боковыми стержнями. При стремлении этого угла к 180° тангенс его половины стремится к бесконечности. Это свойство треугольника и положено в основу предложенного механизма. Основанием треугольника является расстояние между осями проушин на продольной балке и на горизонтальной раме, соединяющей боковые рамы тележки, а боковые стороны треугольника - пара шатунов.
Длина пары шатунов в пределе равна наибольшему возможному смещению тележки относительно оси цистерны, эта длина должна быть равной или большей смещения в кривой пути минимально допустимого радиуса, но при равенстве этих длин угол раскрытия шатунов равен 180° и выход из кривой пути минимального радиуса возможен с разрушением одного из элементов соединения, значит, длина шатунов должна превышать половину допустимого смещения тележки. Равенство длин шатунов и расстояний между парами проушин обеспечивает симметричность действующих в шарнирах усилий и наибольшую величину результирующих поперечных сил.
Соединение боковых рам тележки посредством жестко закрепленной к ним горизонтальной рамы минимизирует отклонение боковых рам от вертикали при горизонтальной силе действия на них.
Механизм двухосной тележки включает с каждой стороны продольной балки по две пары шатунов, вершины угла между которыми соединены общей пружиной сжатия. Соответственно четырехосная тележка включает две двухосных со своими механизмами. В кривой пути угол поворота двухосных тележек в составе четырехосной относительно соединительной балки меньше 1° и несущественно влияет на работу механизма.
Изложенная сущность изобретения поясняется чертежами:
Фиг. 1 - Возможные варианты десяти- и двенадцатиосных транспортных средств.
Фиг. 2 - Поперечный разрез двухосной средней тележки и опоры, например, цистерны, в прямой пути.
Фиг. 3 - Поперечный разрез двухосной средней тележки и опоры, например, цистерны, в кривой пути.
Фиг. 4 - Поперечный разрез четырехосной средней тележки и опоры, например, вагона, в прямой пути.
Фиг. 5 - Поперечный разрез четырехосной средней тележки и опоры, например, вагона, в кривой пути.
Фиг. 6 - Продольный разрез по продольной балке транспортного средства.
Ходовая часть ТС - платформы 1 (фиг. 1), вагона 2, цистерны 3 или думпкара 4, - включает две поворотные 5 и одну поперечно перемещаемую тележки - двухосную 6 (фиг. 1, 2) или четырехосную 7 (фиг. 1, 4). Средняя опора включает раму с продольной (хребтовой) 8 (фиг. 2, 4, 6) балкой, жестко скрепленной с верхней опорной плитой 9 (фиг. 3, 5, 6), перемещающейся на роликах 10 (фиг. 3, 5) относительно нижней опорной плиты 11 (фиг. 3, 5, 6), жестко закрепленной на надрессорной балке 12 (фиг. 3) двухосной тележки 6 или на соединительной балке 13 (фиг. 5) тележки 7.
К продольной балке 9 жестко закреплены проушины 14 (фиг. 3, 4, 6), шарнирно соединенные посредством пар шатунов 15 (фиг. 3, 6) с проушинами 16 (фиг. 2, 6), жестко соединенными с горизонтальной рамой тележки, состоящей из жестко закрепленных к боковым рамам 17 (фиг. 2, 4, 6) лежаков 18, соединенных поперечными балками 19. Шарнирное соединение пар шатунов 15 объединено с упором 20 (фиг. 5, 6) пружин 21 (фиг. 6).
Устройство работает следующим образом.
В исходном положении ТС 1-4 (на прямом участке пути) смещение тележки 6, 7 нулевое, углы между парами шатунов 15 равны, поэтому при одинаковых параметрах пружин 21 механизма силы давления на продольную балку через проушины 14 с обеих сторон равны и направлены в противоположные стороны, результирующая их равна нулю. Силы давления через проушины 16 на лежаки 18 горизонтальной рамы тележки также равны, направлены в противоположные стороны и замыкаются в поперечных балках 19 рамы.
При вхождении ТС в кривую пути тележки 5 поворачиваются, ТС занимает положение хорды кривой, а внутренний рельс через гребни колес удерживает тележку 6. 7 на колее, при этом образуется поперечное смещение тележки относительно продольной балки в сторону внешнего рельса, действующая на ТС и тележку центробежная сила направлена в ту же сторону. Угол между парами шатунов 15 с этой стороны увеличивается, а с противоположной стороны уменьшается. Соответственно со стороны наружного рельса увеличивается сила распора между продольной балкой и тележкой - частично гасится центробежная сила, действующая на ТС и на эту величину увеличивается сила давления гребней колес тележки на наружный рельс.
При перемещении тележки 6, 7 ролики 10 перекатываются относительно опорных плит 9 и 11 в направлении перемещения на величину, вдвое меньшую величины перемещения нижней плиты 11. Жестко соединенные со средним роликом 10 шестерни центрирования механизма противоскольжения (не показаны) с диаметром начальной окружности, равным диаметру поверхности катания роликов, перекатываются по зубчатым рейкам (не показаны) так, что этот ролик катится без скольжения, а сепараторы обеспечивают одинаковое перекатывание всех роликов 10. На выходе из кривой пути тележка перемещается в обратном направлении, при этом нижняя опорная плита 11, ролики 10 и пары шатунов 15 с пружинами 21 возвращаются в исходное положение.
Таким образом, предложенный механизм передачи горизонтальных сил на среднюю тележку от опоры на нее транспортного средства имеет простую конструкцию и длину, не превышающую длину тележки, горизонтальная сила, образующаяся при поперечном смещении тележки, обеспечивает частичное гашение центробежной силы и примерно равномерное распределение ее на все колесные пары транспортного средства. Это позволяет расширить возможности применения средней тележки в транспортных средствах различных типов - в платформах, вагонах, цистернах, думпкарах, и обеспечить возможность повышения в полтора раза их грузоподъемность.
Источники информации
1. Чудаков Ф.Я., Бодров В.В., Довгопол В.И. и др. Устройство для шлакоуборки. Авт. св. СССР №457626, кл. B61D 5/00; B65G 67/42. Опубл. 25.01.1975. Бюл. №3.
2. Бодров В.В. (UA). Тривiзковий вагон В.В. Бодрова. Патент UA №89314 U, МПК: B61F 1/02; B61F 5/16. Опубл. 10.04.2014, Бюл. №7.