ХОДОВОЙ УЗЕЛ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
RUNNING GEAR OF RAILWAY VEHICLES

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Данное изобретение относится к ходовой части железнодорожных транспортных средств, которая используется в секторе железнодорожного транспорта.
Ходовой узел для железнодорожных транспортных средств, который является предметом данного изобретения, имеет своей целью увеличить нагрузку на железнодорожные вагоны путем использования вновь разработанной независимой системы колес в виде двойной системы колесных пар, с системой управления, которая позволяет правильно вписывать оси в повороты. Указанное возможно осуществить благодаря сочетанию простых, надежных элементов, не требующих большого ухода, что гарантирует быстрый и надлежащий ввод в эксплуатацию железнодорожных транспортных средств, использующихся в настоящее время.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В настоящее время известны различные типы ходовых узлов, задействованные в железнодорожном секторе, основная функция которых состоит в способности перевозить большое количество контейнеров, грузов или пассажиров по железнодорожному пути. Обычно под понятием «ходовой узел» или «система» подразумевается такая система, которая состоит из двух колесных пар, посаженых на параллельные и связанные между собой оси, которые располагаются по обоим краям транспортных средств, предназначенных для передвижения по рельсам, так называемые тележки железнодорожных транспортных средств.
Существуют разнообразные механические и пневматические элементы ходового узла, связанные как с типом груза для перевозки, так и с путями, по которым передвигаются соответствующие железнодорожные транспортные средства. Например, при перевозке груза отдается предпочтение несущей способности перед удобством, так, что ходовые узлы представляют собой такую конструкцию и усиленную подвеску, которая позволяет выдерживать  перевозимые нагрузки. С другой стороны, на пассажирском транспорте ведется поиск таких ходовых узлов, которые способны смягчать удары и толчки при прохождении большинства неровностей железнодорожного пути в некоторых случаях при помощи системы пневматического рессорного подвешивания, присоединенного к рамам железнодорожных транспортных средств. В обоих случаях необходимо подбирать такие конструкции ходовых узлов, при которых обеспечивался бы минимальный износ колес.
В связи с этим известны заявки, которые относятся к конструктивным элементам ходового узла, которые в основном направлены на поиск способа увеличения полезной массы вагонов. Для примера можно рассмотреть несколько источников.
В европейской патентной заявке № ЕР-0591088-А1 приводится описание тележки, которая представляет собой центральную раму, к которой присоединяются при помощи соответствующих шарниров четыре поворотных рычага, на каждом конце которых помещены буксы каждого ходового узла. Каждый из этих ходовых узлов состоит из колеса, соединенного с отдельным шасси, которое, в свою очередь, шарнирно связано с центральной рамой таким образом, что имеется единственная возможность вращения вокруг оси Y между рамой тележки и шасси, которое имеет колеса. Таким образом, добиваются того, что обе колесные оси вращаются над тележкой так, что возникает угол, подобный тому, который образуется в обычной тележке в тот момент, когда на несущую способность транспортного средства ничего не влияет.
В немецкой патентной заявке № DE-19520549-A1 описывается ходовой узел, который представляет собой две рамы с посаженными колесными осями, каждая из которых состоит в свою очередь из двух колес, связанных между собой общей осью, соединенной с шасси, где рамы связаны между собой при помощи шарнирной опоры, как в рамах кузовов прицепов, то есть при помощи рычага с двумя шарнирами на обоих шасси, которая позволяет свободно вращаться вокруг оси, перпендикулярной к большим поверхностям шасси (направлении силы тяжести). Однако степень свободы движения данного ходового узла ограничена зазором от двойного натяжения данного рычага с двумя шарнирами. Также можно увидеть, что в каждом ходовом узле имеются посаженные оси, а не отдельные колеса.
В европейском патенте № ЕР-1789301-В1 описывается тележка, образованная двумя ходовыми узлами, которые представляют собой соответствующие колеса с отдельными осями. Каждое колесо установлено в одно отдельное второстепенное шасси, которое в свою очередь является составной частью главного шасси, на котором жестко закрепляются при помощи шарниров, допускающих относительное перемещение в направлении силы тяжести каждого колеса соответствующих второстепенных шасси. Такие сопряжения представлены деталями механического типа, зубчатая передача, и представляют собой пневматическую или гидравлическую системы управления. Принимаются во внимание существующие преимущества, относящиеся к двум возможным свободным движениям колес в зависимости от типа железнодорожного пути, но также представляются неудобства из-за применения большого количества деталей, необходимых для того, чтобы отделить оси колес, тем самым уменьшая надежность и увеличивая затраты на техническое обслуживание.
Именно по причине того, что существующие технические решения, связанные с тележками (чтобы не ограничиваться понятием «тележки», применяем более обширное понятие «ходовые узлы»), представляют целую серию неудобств, связанных с уменьшением числа степеней свободы осей колеса, а также количеством деталей, которые необходимо добавить для того, чтобы увеличить число степеней свободы при движении соответствующих колес, возникает необходимость в разработке решения, способного допускать более высокую степень свободы подшипников колес на железнодорожном пути, если данное решение не будет предполагать использование сложных деталей, которые будут требовать дорогостоящего ввода в эксплуатацию и технического обслуживания. В данном случае ходовой узел согласно настоящему изобретению способен обеспечить большую несущую способность при его использовании в различных типах железнодорожных транспортных средств, независимо от типа оказываемых транспортных услуг.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение представляет собой ходовой узел для железнодорожных транспортных средств, состоящий из двух систем колесных пар, причем каждая система колесных пар содержит два колеса, каждое из которых расположено по обеим сторонам ходового узла вдоль продольной оси транспортного средства, при этом два колеса каждой системы колесных пар имеют отдельные оси и связаны между собой связаны при помощи рамы, причем указанные две рамы колесных пар соединены между собой при помощи шарнира, расположенного в соответствии с продольной осью транспортного средства, что позволяет передавать тяговые и сжимающие усилия между рамами ходового узла без изменения расстояния между осями колесных пар каждой системы колесных пар.
Описывается главный объект, коим является ходовой узел, который состоит из двух рам, связанных между собой при помощи шарнира, который уменьшает степени свободы между ними. Каждая рама содержит два колеса, которые вращаются независимо друг от друга. У каждого колеса имеется своя отдельная ось, присоединенная к раме при помощи соответствующих буксовых узлов, на которые посажены края осей каждого колеса. Отличается от определения тележки, поскольку тележкой является система двух пар параллельных и согласованных между собой колесных осей при помощи общей рамы, которые используются по обоим краям транспортных средств, предназначенных для езды по рельсам. Кроме того, в ходовом узле согласно настоящему изобретению образована система управления, которая позволяет вписывание узла в путь.
В связи с основными техническими характеристиками изобретения принимается, что ходовой узел состоит из двух рам, на которые посажены соответствующие колесные пары и где у каждого колеса представлена отдельная ось подшипника, что обеспечивает независимое вращение обеих колес. Рамы соединены между собой при помощи шарнирного соединения, расположенного вдоль продольной оси. Указанный шарнир позволяет независимо создавать движение обеих рам, не мешая их управлению, если хорошо разграничить относительное движение между ними по продольной оси X и вращение вокруг оси Y. В следующих разделах определяются оси координат, которые помогут объяснить суть данного изобретения.
Согласно ранее описанному уровню развития техники, а конкретно согласно европейскому патенту № ЕР-1789301-В1, можно заметить, что описанные в нем шасси отличаются от шасси, описанного в данном изобретении, поскольку данные шасси имеют очертание в виде буквы С и, следовательно, не имеют возможности объединиться между собой с помощью шарнира, расположенного по направлению продольной оси точно так, как в ходовом узле согласно настоящему изобретению, тем самым имея ограничения по количеству степеней свободы из-за своих геометрических характеристик и, следовательно, имея меньшую степень независимости при движении. С другой стороны, техническое решение, принятое данным европейским патентом, предполагает наличие активной системы, которая нуждается в механических приводах, контролируемых при помощи электронных управляющих устройств, чтобы использовать которые, необходимо большое количество датчиков, которые передавали бы данные на указанное электронное устройство управления, в то время как предмет данного изобретения основан на простой надежной механической системе по сравнению с электронными устройствами указанного патента.
С целью моделирования движения данного ходового узла вдоль железнодорожного пути, описывается изометрическая система координат, в которой:
- первая ось координат X принимается в направлении продольной оси железнодорожного транспортного средства;
- вторая ось координат Y перпендикулярна первой оси координат x; ось y перпендикулярна направлению железнодорожного полотна именно так, как определяется в железнодорожных правилах.
- третья ось координат Z вертикальна и направлена вдоль действия силы тяжести.
Шарнир обладает определенными ограничениями на перемещение и движения. Эти ограничения обусловлены собственным предназначением.
Указанные ограничения в основном следующие:
ограничение при перемещении по оси X или по продольной оси транспортного средства, что препятствует сближению между собой и удалению друг от друга систем колесных пар.
ограничение при перемещении по вертикальной оси Z таким образом, чтобы воображаемая ось, проходящая через точку пересечения обоих шатунов, оставалась неизменной, при этом перемещение данных шатунов по вертикальной оси Z допускается.
С другой стороны, допускается перемещение по оси Y, которая перпендикулярна линии пути. Также допускаются движения в направлении любой из трех осей, но они обусловлены жесткостью втулок, применяемых при соединении шатунов к системам колесных пар.
Таким образом, можно описать условия эксплуатации и функционирование на этапе торможения и/или ускорения движения ходового узла, где степени свободы определяются в зависимости от перечисленных ограничений движения. Допускается свободное перемещение в направлении второй оси координат Y, в третьей оси координат Z, а также вращения как вокруг первой оси X, так и вокруг третьей оси координат Z, увеличивая приспособляемость ходового узла к железнодорожному пути.
Вдаваясь в подробности описания шарнира, обеспечивающего сцепление двух шасси между собой, расположенного вдоль продольной оси транспортного средства и позволяющего, как было уже сказано ранее, распределять тяговые и сжимающие усилия между шасси ходового узла без изменения расстояния между осями колесных пар каждого ходового узла, приводится наиболее предпочтительный вариант конфигурации данного шарнира в виде ножниц.
Данный тип конфигурации имеет широкое понятие «ножницы», которое представляет собой реальную деталь, состоящую из двух других деталей, скрещенных между собой и вращающихся вокруг воображаемой или реальной оси. Таким образом, мы видим, как концы перекрещенных деталей шарнира связывают каждое шасси ходового узла; где предпочтительно ось, относительно которой вращаются данные перекрещенные детали, параллельна или совпадает со второй осью координат у. Таким образом, каждая система колесных пар работает независимо одна от другой, при этом они связаны механически при помощи соответствующих шасси и шарнира в виде ножниц.
Подобным образом, принимая во внимание данную конфигурацию, описывается предпочтительная реализация конструкции, в которой шарнир состоит из двух криволинейных шатунов, которые перекрещиваются между собой, не контактируя при этом, и которые шарнирно связаны по обоим своим концам с шасси ходового узла. Можно провести воображаемую ось, которая проходила бы через оба криволинейных шатуна. Следовательно, не существует никакого физического контакта между ними, что приводит к тому, что между ними не возникает ни трения, ни преждевременного истирания, что требовало бы постоянного технического обслуживания указанного шарнира.
Можно также видеть, что концы каждого из криволинейных шатунов связаны с соответствующими шасси посредством шарнирных соединений, обеспечивая тем самым независимое движение между соответствующими ходовыми узлами во время движения железнодорожных транспортных средств.
Для того, чтобы обеспечить правильное позиционирование осей ходовых узлов на пути, в системе предусмотрен вариант, при котором ходовой узел согласно настоящему изобретению, будет состоять из системы направляющих стержней, которые связывают непосредственно раму с каждым примыкающим кузовом железнодорожного транспортного средства. Такая система позволяет осям ходового узла накладываться по касательной на продольную ось железнодорожного пути, как на прямых его участках, так и при поворотах, исключая таким образом угол въезда, который образуется между колесом и рельсом. У каждой рамы своя отдельная система управления, благодаря чему имеется свобода вращения относительно Z между ними.
Концы данной пары направляющих стержней шарнирно соединены в своих соответствующих местах сцепления между рамой и кузовом транспортного средства, приспосабливаясь под траекторию железнодорожного пути и эффективно смягчая удары и уменьшая амплитуду колебаний транспортного средства при прохождении по его неровностям. Кроме того, они ориентированы избирательным образом, на осях, параллельных первой оси координат X. Для того, чтобы не возникало нежелательных столкновений между данными направляющими стержнями, их располагают в плоскостях, параллельных плоскости, образованной первой и второй осью координат, то есть плоскости XY.
Дополнительно предусматривается возможность соединения каждого колеса каждого ходового узла с соответствующей рамой при помощи упомянутых буксовых узлов.
Что касается предпочтительной конструкции каждой рамы, являющейся составной частью ходового узла согласно настоящему изобретению, описывается предпочтительный вариант, при котором каждая из рам имеет плоскую конфигурацию и содержит два боковых отверстия, соответствующих колесам. Таким образом, допускается устанавливать оси каждого колеса на раму без необходимости использования элементов для фиксации колес, которые могут вызвать их вращение.
Итак, чтобы облегчить вес каждой рамы без потери несущей способности каждой из них, предусматривается вариант разработки подходящей конструкции, при которой каждая рама будет иметь плоскую конфигурацию и будет иметь центральное продолговатое отверстие, что в свою очередь приводит к уменьшению расхода материалов при ее изготовлении.
Таким образом, ходовой узел будет поддерживать примыкающие буксовые узлы смежных железнодорожных транспортных средств, являясь высоко эффективным, надежным и инновационным связующим звеном между обоими узлами относительно существующими и широко применяемыми конструкциями.
Таким образом, полученный ходовой узел железнодорожных транспортных средств позволяет преодолеть описанные ранее недостатки, так как позволяет выдерживать большие нагрузки в железнодорожных транспортных средствах, эффективно освобождая движение каждой системы колесных пар и не затрагивая систему управления на криволинейных участках каждой из них. Так что управление осуществляется более мягко и точно по линии железнодорожного пути. Указанное достигается благодаря сочетанию простых и надежных элементов, не требующих больших затрат на техническое обслуживание, обеспечивающих быстрый ввод в эксплуатацию и подходящие для работы с применимыми в настоящее время железнодорожными транспортными средствами.
Отсутствие общей оси при взаимном соединении колесных пар каждой системы колесных пар позволяет, чтобы зона активного движения пассажиров в железнодорожных транспортных средствах вместо того, чтобы располагаться выше уровня колес, могла проходить по среднему уровню колес, так как в этом проходе уже не должна располагаться ось колесной пары.
ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
С целью дополнить данное описание изобретения, и чтобы лучше понять характеристики изобретения в соответствии с предпочтительным вариантом его применения на практике, к данному описанию прилагается в качестве неотъемлемой части комплект чертежей наглядного характера, не имеющего ограничения:
Фигура 1 показывает трехмерное изображение ходового узла согласно настоящему изобретению.
Фигура 2 показывает схематическое трехмерное изображение, схожее с показанным на фиг. 1, на котором можно видеть множество направляющих стержней между соответствующими колесами ходового узла согласно настоящему изобретению.
Фигура 3 показывает схематический трехмерный вид детали шарнира между двумя рамами ходового узла согласно настоящему изобретению.
Фигура 4 показывает двухмерный вид ходового узла согласно настоящему изобретению, подобного показанному на фиг. 2.
Фигура 5 показывает двухмерный вид сбоку ходового узла согласно настоящему изобретению, подобного показанному на фиг. 2 и 4.
ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЙ ВАРИАНТ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Как видно из фигуры 1, ходовой узел железнодорожных транспортных средств содержит две системы (1) колесных пар, каждая система (1) колесных пар состоит из двух колес (2), причем каждое колесо (2) располагается с каждой стороны ходового узла вдоль продольной оси (3) транспортного средства, при этом два колеса (2) каждой системы (1) колесных пар имеют свои отдельные оси (4) и связаны между собой при помощи рамы (5), причем указанные две рамы (5) ходового узла соединены между собой шарниром (6), расположенным в соответствие с продольной осью (3) транспортного средства и предназначенным для восприятия и передачи тяговых и сжимающихся усилий между шасси (5) ходового узла без изменения расстояния между осями (4) колесных пар (2) каждой системы (1) колесных пар.
Что касается расстановки в пространстве относительно железнодорожного пути, на фигуре 1 также применяется изометрическая система координат, которая задается следующим образом:
- Первая ось координат X определяется вдоль продольной оси (3) железнодорожного транспортного средства;
- вторая ось координату перпендикулярна пути;
- третья ось координат Z вертикальна и по направлению совпадает с направлением силы тяжести.
Шарнир обладает некоторыми ограничениями при перемещении и движении. Эти ограничения, обусловлены собственным предназначением данной детали.
К основным ограничениям относятся:
ограничение при перемещении по оси X или продольной оси транспортного средства во избежание столкновений и расхождений, то есть увеличения или уменьшения расстояния между системами колесных пар;
ограничение при перемещении по вертикальной оси Z так, чтобы воображаемая ось проходила через точку пересечения обоих шатунов, поддерживается неизменной, при этом допускается перемещение шатунов вдоль этой вертикальной оси.
С другой стороны, допускается перемещение по оси Y, которая является перпендикуляром к линии железнодорожного пути. Движения в направлении любой из трех осей также допускаются, но они обусловлены жесткостью втулок, которые применяются для соединения шатунов с системами колесных пар.
Шарнир (6) можно рассмотреть на всех чертежах, но подробно он представлен на фигуре 3, где видно, что указанный шарнир представляет собой два шатуна (6а, 6b), шарнирно соединенные на концах с рамами (5) ходового узла при помощи крепежных болтов. Данные криволинейные шатуны (6a, 6b) перекрещиваются между собой, но при этом никогда не контактируют друг с другом, а воображаемая ось пересечения криволинейных шатунов (6а, 6b) соответствует второй оси координат Y, что позволяет предотвратить возможный износ сцепления вследствие трения между шасси (5).
В прилагаемых к настоящему описанию фигурах не показаны детали соединения шатунов (6) для ясности прочтения чертежа системы (1) колесных пар.
Исходя из данных на фигурах 2-5, видно, что каждое колесо (2) каждой системы (1) колесных пар связано с соответствующей ему рамой (5) при помощи соответствующих буксовых узлов (8). С каждой стороны рамы (5) присоединена пара направляющих стержней (9), которые непосредственно примыкают к железнодорожным транспортным средствам.
Таких направляющих стержней (9) всего в сумме восемь из-за того, что колес (2) четыре на каждую раму (5). Данные направляющие стержни (9) лежат в различных параллельных плоскостях, например в плоскости первой х и второй y осей координат, и таким образом не сталкиваются друг с другом во время их работы.
Наконец, исходя из данных фигур 1-5, видно, что каждая рама (5) имеет плоскую конфигурацию и содержит:
- Две буксы (8) в одной связке с колесами (2), расположенные таким образом, чтобы совпадать с осью вращения каждого колеса (2);
- продольное центральное отверстие (7) для облегчения массы рамы (5) без ослабления несущей способности.
Следует отметить, что ходовой узел согласно настоящему изобретению обеспечивает возможность посадки на него двух кузовов смежных железнодорожных транспортных средств. Кроме того, конфигурация и сопряжения всех его деталей позволяет собрать такой ходовой узел, который способен выдерживать большие нагрузки от рам кузовов железнодорожных транспортных средств.
С учетом изложенного в данном описании и на чертежах, специалист в данной области может понять, что описанные варианты реализации данного изобретения могут сочетаться с различными способами в рамках предмета изобретения. Изобретение было раскрыто только на примере некоторых предпочтительных вариантов его реализации, но любому специалисту в данной области будет очевидно, что в приведенные предпочтительные варианты реализации могут быть внесены многочисленные изменения, не выходящие за рамки предмета заявленного изобретения.