ДВУХРЯДНАЯ ПРУЖИНА РЕССОРНОГО ПОДВЕШИВАНИЯ ТЕЛЕЖКИ ГРУЗОВОГО ВАГОНА

Заявляемая полезная модель относится к железнодорожному транспорту, касается рессорного подвешивания двухосных тележек грузовых вагонов, в частности рессорного комплекта и пружин в него входящих.
Технические параметры пружин, технология изготовления и материал определены соответствующими гостами: ГОСТ 1452-2011 «Пружины цилиндрические винтовые тележек и ударно-тяговых приборов подвижного состава железных дорог. Технические условия», ГОСТ 14959-79 «Прокат из рессорно-пружинной углеродистой и легированной стали. Технические условия», ГОСТ 9246-2013 Тележки двухосные трехэлементные грузовых вагонов железных дорог колеи 1520 мм. Общие технические условия.
Из уровня техники известны двухрядные пружины для рессорного подвешивания тележки грузового вагона, раскрытые в патенте на полезную модель RU 153745 U1 (кл. B61F 5/06, 27.07.2015), состоящие из наружных и внутренних цилиндрических винтовых пружин с рабочими и опорными витками. Высота пружин в свободном состоянии может быть в диапазоне от 240 мм до 330 мм, но при этом пружины имеют одинаковую номинальную высоту в свободном состоянии. Внутренняя пружина имеет правую навивку, а наружная пружина рессорного комплекта имеет навивку противоположную внутренней - левую. Индекс наружной пружины (СН) определяется как отношение ее среднего диаметра витка (DH) к диаметру прутка пружины (dH) и составляет 5,667-5,931. Индекс внутренней пружины (СВ) определяется как отношение ее среднего диаметра витка (DB) к диаметру прутка пружины (dB) и составляет 5,500-6,053. Число рабочих витков наружной пружины составляет 3,9-4,0, а число рабочих витков внутренней пружины составляет 6,0-6,5.
Недостатками данных двухрядных пружин для рессорного подвешивания тележки грузового вагона является:
наличие в комплекте рессорного подвешивания пружин разной высоты и, в связи с этим, повышенная трудоемкость подбора комплекта пружин;
трудность подбора пружины при ремонте рессорного подвешивания. Также из уровня техники известны два патента на полезные модели RU 188187 U1 (кл. B61F 5/06, 02.04.2019), RU 188510 U1 (кл. F61F 1/06, 16.04.2019), в которых, соответственно, раскрыты внутренняя и наружная пружины, позволяющие создать в комплекте друг с другом - рессорное подвешивание двухосной тележки грузового вагона с семью двухрядными пружинами обеспечивающее эксплуатационную надежность, а также обеспечивающее выполнение требований ГОСТ 9246-2013 «Тележки двухосные трехэлементные грузовых вагонов железных дорог колеи 1520 мм. Общие технические условия». Обе пружины являются цилиндрическими винтовыми и выполнены из стали с пределом текучести не менее 1470 МПа. При этом внутренняя пружина имеет средний диаметр витка D oт 110 до 115 мм, индекс от 5,500 до 6,053. При этом внутренняя пружина выполнена с углом подъема оси винтового бруса в интервале от 5,839 до 6,318 градусов и с длиной оси рабочей части винтового бруса в интервале от 2123 мм до 2280 мм. Средний диаметр наружной пружины составляет интервал от 168 мм до 172 мм, а ее индекс, определяемый как отношение среднего диаметра витка к диаметру прутка пружины, составляет интервал от 5,667 до 5,931. При этом наружная пружина выполнена с углом подъема оси винтового бруса в интервале от 5,853 до 6,229 градусов и с длиной оси рабочей части винтового бруса в интервале от 2094 мм до 2149 мм. Данные пружины также раскрыты в рессорном подвешивании двухосной тележки грузового вагона, которое запатентовано (RU 188249 U1 (кл. B61F 5/06, 04.04.2019)).
Недостатками заявленных внутренних и внешних пружин является тот факт, что данная конструкция охватывает большое количество вариантов исполнения рессорного подвешивания двухосных тележек грузовых вагонов, но не указывает диапазон геометрических характеристик пружин рессорного подвешивания, обеспечивающий выполнение требований ГОСТ 9246-2013 в части обеспечения расчетного статического прогиба рессорного подвешивания тележки под порожним вагоном.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в создании двухрядной пружины с геометрическими характеристиками для создания рессорного подвешивания двухосной тележки грузового вагона с семью двухрядными пружинами обеспечивающее эксплуатационную надежность, а также обеспечивающее выполнение требований ГОСТ 9246-2013 «Тележки двухосные трехэлементные грузовых вагонов железных дорог колеи 1520 мм. Общие технические условия».
Данная задача решается выбором оптимального среднего диаметра витка пружины (DH) и диаметра прутка пружины (dH) таким образом, чтобы обеспечить высокую надежность пружин при меньшей массе готовых пружин.
Решение поставленной задачи достигается тем, что двухрядная пружина для рессорного подвешивания, состоит из наружных и внутренних цилиндрических винтовых пружин с рабочими и опорными витками при этом наружный диаметр для наружной и внутренней пружины составляет соответственно, 199 мм и 129 мм, а внутренний диаметр для наружной и внутренней пружины составляет, соответственно, 142 мм и 90 мм, при этом средний диаметр для наружной пружины составляет 170,5 мм, а для внутренней пружины - 109,5 мм, а диаметр витка наружной пружины составляет 28,5 мм, а внутренней - 19,5 мм, а угол навивки наружной пружины - 6,540, внутренней - 6,655, число рабочих витков для наружной пружины составляет 3,6, а для внутренней 5,7, при этом зазор между наружной и внутренней пружинами составляет 6,5 мм.
Выбор именно такого значения зазора между наружной и внутренней пружинами считается наилучшим, так как теоретический расчет позволяет сделать вывод, что практически полностью исключается заклинивание пружин между собой при сжатии (с учетом максимальных и минимальных допусков диаметров по ГОСТ 1452-2011 при изготовлении пружин).
т
Кроме того, внутренняя и наружная пружины выполнена из стали с пределом текучести σ не менее 1470 МПа.
При этом внутренняя пружина имеет правую навивку, а наружная пружина рессорного комплекта имеет навивку противоположную внутренней - левую.
Были проведены расчеты для заявленных внутренних и наружных пружин рессорного подвешивания, которые показали, что напряжение по режиму I для наружной и внутренней пружин составляют, соответственно, 802 МПа и 846 МПа, а напряжение по режиму III для наружной и внутренней пружин составляют, соответственно, 658 МПа и 695 МПа.
зп
факт
Также выявлено, что заявленная полезная модель позволила повысить по сравнению с прототипом фактический коэффициент запаса прогиба К до 2,1.
т
Вышеуказанные значения расчетов позволяют подтвердить, что в соответствии с "Нормами для расчета и проектирования грузовых вагонов" нагрузками более 800 МПа может работать только сталь с пределом текучести σ не менее 1470 МПа.
Полезная модель не ограничивается рассмотренными вариантами исполнения и охватывает все допустимые с технической точки зрения комбинации признаков, раскрытых в описании и формуле полезной модели.
Таким образом, использование предложенного технического решения позволяет повысить эксплуатационную надежность пружины рессорного подвешивания двухосной тележки грузового вагона, в сочетании с выполнением требований ГОСТ 9246-2013 «Тележки двухосные трехэлементные грузовых вагонов железных дорог колеи 1520 мм. Общие технические условия» по обеспечению заданного перемещения обрессоренной части железнодорожного вагона в порожнем и груженом состоянии и с повышением уровня взаимозаменяемости и ремонтопригодности, с уменьшением металлоемкости, себестоимости, трудоемкости изготовления и ремонта рессорного подвешивания в эксплуатации.
В настоящее время на заявляемую полезную модель разработана конструкторская документация и изготавливаются опытные образцы тележек с использованием предлагаемого решения, которые будут подвергнуты испытаниям на соответствие нормативным требованиям.