МОТОРНАЯ КОЛЕСНАЯ ТЕЛЕЖКА
MOTOR WHEELED TRUCK

Изобретение относится к моторной колесной тележке железнодорожного вагона, содержащей средства ограничения отклонений, и может быть использовано в одномоторных колесных тележках поездов метро на пневматических шинах.
Средства ограничения поперечных отклонений, называемое также устройством боковых упоров, предназначено для ограничения поперечных перемещений и бокового крена корпуса железнодорожного вагона относительно колесной тележки, например, когда поезд проходит поворот. Действительно, вдоль всего железнодорожного пути вагон должен вписываться в поперечных и вертикальных направлениях в данный габарит, а корпус этого вагона не должен отклоняться как в поперечном, так и в вертикальном направлениях от пределов, допускаемых габаритом.
Известно, что для одномоторной колесной тележки, содержащей продольно установленный двигатель, шасси, содержащее две продольные балки и две концевые поперечины, корпус двигателя крепят в центральной части шасси на двух продольных балках тележки, при этом ведущий вал двигателя расположен параллельно этим продольным балкам. Кроме того, шасси содержит два боковых расширения, выступающие наружу относительно осей продольных балок и предназначенные для установки на них вспомогательных подвесок. На этих вспомогательных подвесках установлена надрессорная балка, содержащая кольцевой подпятник, на который опирается корпус железнодорожного вагона. По бокам на продольных балках выполнены опорные ограничители, обращенные внутрь относительно осей продольных балок, в пространствах, заключенных между каждой вспомогательной подвеской и двигателем. Во время поворота колесной тележки вокруг продольной оси они взаимодействуют с упорами, расположенными под надрессорной балкой и проходящими вертикально в направлении продольных балок.
Недостатком такой колесной тележки является ее слишком большой размер в поперечном направлении по причине бокового выноса вспомогательных подвесок наружу шасси. Кроме того, необходимость выполнения боковых расширений для установки этих подвесок усложняет конструкцию шасси колесной тележки.
Задачей изобретения является устранение вышеуказанных недостатков за счет создания колесной тележки железнодорожного вагона, содержащей двигатель, корпус которого закреплен на двух продольных балках колесной тележки, а его ведущий вал расположен параллельно этим продольным балкам, вспомогательные подвески и опирающуюся на них надрессорную балку. Согласно изобретению колесная тележка содержит узел ограничителей и упоров, расположенных на корпус двигателя и на надрессорной балке.
Предпочтительно ограничитель выполнен в виде уголка, основание которого жестко закреплено на наружной части корпуса, а опорная сторона проходит в плоскости, по существу перпендикулярной к основанию (в альтернативном варианте ограничитель не обязательно должен иметь форму уголка и может быть выполнен в виде детали другой формы или может быть также выполнен или содержать присоединяемую деталь, закрепленную на корпусе двигателя для восприятия усилий).
Предпочтительно на наружной части корпуса, находящейся над ведущим валом, жестко закреплены два опорных ограничителя.
Предпочтительно упор содержит или выполнен в виде пластины, жестко закрепленной на участке надрессорной балки, проходящем в плоскости, по существу перпендикулярной к плоскости надрессорной балки, в направлении двигателя, и площадку из упругого материала, закрепленную на этой пластине, при этом площадка содержит, по существу, плоскую опорную сторону, по существу параллельную пластине.
Предпочтительно на участке надрессорной балки, расположенном над вспомогательными подвесками, жестко закреплены два упора.
Предпочтительно опорные стороны ограничителей направлены наружу колесной тележки, а опорные стороны каждого упора обращены внутрь колесной тележки, так что опорные стороны упоров расположены напротив опорных сторон ограничителей.
Предпочтительно вспомогательные подвески расположены напротив продольных балок и по существу на их середине,
Предпочтительно между двумя продольными балками расположена балка ограничения бокового крена, содержащая две штанги по обе стороны от продольных балок, соединенные с надрессорной балкой.
Другие задачи, особенности и преимущества изобретения будут более понятны из дальнейшего описания вариантов его осуществления тележки со ссылками на чертежи.
На фиг.1 показана часть моторной колесной тележки со средствами ограничения отклонений в соответствии с настоящим изобретением, вид в перспективе;
на фиг.2 - то же, показана часть моторной тележки, где в поперечном разрезе частично показано устройство ограничения в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг.3 показана часть моторной колесной тележки и устройства ограничения в соответствии с настоящим изобретением, вид сверху;
на фиг.4 схематично показан корпус железнодорожного вагона, опирающегося на колесную тележку, оборудованную известным устройством ограничения, вид сбоку;
на фиг.5 схематично показан корпус железнодорожного вагона, опирающегося на колесную тележку, оборудованную устройством ограничения в соответствии с настоящим изобретением, вид сбоку;
на фиг.6 схематично показан корпус железнодорожного вагона, опирающегося на колесную тележку, оборудованную устройством ограничения в соответствии с настоящим изобретением, вспомогательные подвески которой сдвинуты к центру в поперечном направлении, вид сбоку.
Для облегчения понимания чертежей на них показаны только элементы, необходимые для раскрытия изобретения. Одни и те же элементы обозначены одинаковыми позициями на всех чертежах.
В дальнейшем тексте описания термины «вертикальный» и «горизонтальный» определены по отношению к корпусу железнодорожного вагона, опирающегося по меньшей мере на одну колесную тележку. Так, горизонтальная плоскость XY является, по существу, параллельной плоскости качения, а вертикальная плоскость XZ, по существу, параллельна плоскости, в которой находятся колеса. Термин «продольный» следует рассматривать относительно направления, в котором расположен корпус железнодорожного вагона, а термин «поперечный» следует рассматривать в направлении, по существу перпендикулярном к продольному направлению в горизонтальной плоскости.
Как показано на фиг.1, колесная тележка 1 содержит две продольные балки 2 и продольно установленный двигатель 4 с внутренним ротором. Корпус 6 двигателя закреплен с двух сторон на продольных балках 2 в поперечном направлении при помощи промежуточной детали 8. Размеры этой детали определяют таким образом, чтобы она передавала поперечные усилия, действующие на корпус двигателя. На фиг.2 показано крепление этой промежуточной детали 8 к корпусу 6 при помощи винтов 10. Вал 12 двигателя 4 является, по существу, параллельным оси продольных балок 2. Приблизительно на середине каждой продольной балки 2 в продольном направлении расположена вспомогательная подвеска 14. В данном случае она выполнена в виде хорошо известной специалистам пневматической подвески. На две вспомогательные подвески 14 опирается своими концами поперечно расположенная надрессорная балка 16. В ее центре установлен кольцевой подпятник 18, внутренний венец 20 которого содержит средства крепления, выполненные с возможностью жесткого соединения с корпусом железнодорожного вагона, а наружный венец 22 которого жестко закреплен на надрессорной балке 16. Верхняя поверхность кольцевого подпятника 18 образует, по существу, горизонтальную опорную плоскость для опоры корпуса вагона на колесную тележку 1.
Средства ограничения поперечных отклонений между колесной тележкой 1 и корпусом вагона (не показан) содержат узел ограничителей 24 и упоров 26, расположенных на корпусе 6 двигателя 4 и на надрессорной балке 16 соответственно. В частности, в примере, показанном на фиг.1-3, два опорных ограничителя 24 жестко закреплены на корпусе 6, а два упора 26 жестко закреплены на надрессорной балке 16.
Каждый ограничитель 24 выполнен в виде уголка, содержащего основание 28, жестко закрепленное на наружной части 30 корпуса, расположенной в верней части над ведущим валом 12, по существу под кольцевым подпятником 18. Основание 28, по существу, параллельно плоскости опоры корпуса вагона на колесную тележку 1, а опорная сторона 32 ограничителя 24 проходит в плоскости, по существу перпендикулярной к основанию 28, в направлении кольцевого подпятника 18 до высоты, не превышающей высоту расположения горизонтальной плоскости опоры корпуса вагона на колесную тележку 1. В данном случае опора каждого упора имеет форму прямоугольного треугольника, гипотенуза которого направлена к центру колесной тележки 1.
Как вариант, основание 28 каждого ограничителя 24 тоже может опираться на наружную часть 30 корпуса 6, которая не является строго параллельной плоскости опоры корпуса вагона на колесную тележку 1. Это вариант соответствует, в частности, случаю, когда корпус 6 двигателя является цилиндрическим.
Каждый упор 26 состоит из пластины 34, проходящей в плоскости, по существу перпендикулярной к плоскости опоры корпуса вагона, на колесную тележку 1, и из площадки 36, выполненной из упругого материала (например, из резины), закрепленной на этой пластине 34. Площадка 36 содержит, по существу, плоскую опорную сторону 38, параллельную пластине 34 и обращенную внутрь колесной тележки 1. Пластина 34 жестко закреплена в гнезде 40 приподнятого участка 42 надрессорной балки 16, при этом приподнятый участок 42 находится внутри кольцевого подпятника 18. Таким образом, упор 26 в сборе (пластина 34 и площадка 36 из упругого материала) расположен на высоте, превышающей высоту поверхности опоры надрессорной балки 16 на вспомогательные подвески 14, и на высоте, меньшей высоты плоскости опоры корпуса вагона на колесную тележку 1.
Приподнятый участок 42 надрессорной балки 16 содержит два выреза 40. В каждом из них расположены упор 26 и ограничитель 24. Опорная сторона 38 каждого упора 26 расположена напротив опорной стороны 32 ограничителя 24. Обе опорные стороны 38, 32 параллельны, когда корпус железнодорожного вагона не совершает поступательного движения и не имеет наклона относительно колесной тележки 1. Как правило, они разделены расстоянием, называемом зазором упоров, например, от 20 до 3 5 мм. Они контактируют друг с другом, когда корпус железнодорожного вагона движется поступательно и/или с наклоном относительно колесной тележки 1. Площадка 36 из упругого материала обеспечивает плавное восприятия поперечного усилия. Она может иметь разные формы, главное, чтобы она обеспечивала плавность изменения жесткости при сжатии.
Узел средства ограничения отклонений располагают таким образом, чтобы контакт между опорными сторонами 38, 32 происходил на высоте, превышающей высоту верха вспомогательных подвесок 14, но ниже плоскости опоры корпуса вагона на колесную тележку 1. В результате увеличивается высота центра бокового крена корпуса вагона, опирающегося на колесную тележку 1, что позволяет повысить устойчивость колесной тележки, так как вспомогательные подвески 14 сдвинуты внутрь колесной тележки 1 по сравнению с известной колесной тележкой.
Перемещение средства ограничения поперечных отклонений обеспечивает получение двух преимуществ. Если учитывать смещение вспомогательных подвесок к центру в положение напротив продольных балок 2, габарит в поперечном направлении существенно уменьшается (примерно на 25% по сравнению с габаритом вышеупомянутой известной колесной тележки), что позволяет уменьшить моменты прогиба и кручения, действовавшие на шасси и связанные, в частности, со смещением нагрузки вспомогательных подвесок на боковые расширения известной колесной тележки. Смещение вспомогательных подвесок позволяет также отказаться от боковых расширений и уменьшить массу колесной тележки. Кроме того, высота центра бокового крена увеличилась, что позволяет при одинаковом позиционировании вспомогательных подвесок получить выигрыш в смещениях корпуса вагона в меньшую или большую сторону при наклонах на повороте, либо, в случае сдвинутой вспомогательной подвески, дополненной балкой ограничения бокового крена, как в данном варианте осуществления изобретения, получить такие же смещения корпуса вагона, установленного на колесной тележке, оборудованной известным средством ограничения.
Эффект увеличения высоты центра бокового крена можно пояснить при помощи фиг.4, 5 и 6. На этих чертежах использованы следующие обозначения:
Система О координат Y-Z определяет плоскость качения (ось Y) и контрольную ось пути (ось Z).
i
Система P координат Yp-Zp определяет плоскость шасси колесной тележки (жирные линии).
i
Система S координат Ys-Zs определяет плоскость корпуса вагона (двойная линия).
М является наиболее критической точкой корпуса вагона, то есть наиболее уязвимой с точки зрения габарита G, ограниченного инфраструктурой.
Dp является поперечным перемещением шасси колесной тележки в системе координат О; в случае колесной тележки на пневматическом ходу оно является суммой бокового сжатия шины и бокового зазора между изношенным направляющим колесом и новым рельсом.
Ds является поперечным перемещением корпуса вагона относительно шасси колесной тележки, связанным с поперечным перемещением вспомогательной подвески.
α - угол наклона шасси колесной тележки относительно плоскости качения Y.
β - угол наклона корпуса вагона относительно шасси колесной тележки.
Hs является высотой оси поворота вспомогательной подвески относительно плоскости качения Y.
G является габаритом. Он представляет собой максимально допустимое расстояние критической точки М корпуса вагона относительно оси Z контрольного пути.
1
1
1
1
L является половиной ширины корпуса вагона. Фиг.4 относится к железнодорожному вагону, корпус которого определен системой координат S с половиной ширины L до точки М, опирающемуся на известную колесную тележку, определенную системой координат P. Известное устройство ограничения поперечных отклонений опирается на шасси колесной тележки между вспомогательными подвесками 14 и двигателем (для простоты устройство ограничения не показано). Контакт между упорами и ограничителями происходит в плоскости, находящейся на высоте HS в системе координат О, меньшей высоты плоскости опоры надрессорной балки 16 на вспомогательные подвески 14.
1
1
Когда вагон входит в поворот или даже когда он просто наклоняется при выходе на прямую, тележка наклоняется на угол α, при этом корпус вагона смещен на Ds в поперечном направлении и наклонен на угол β. Вагон должен соблюдать габарит G пути, чтобы избежать контакта с элементами инфраструктуры как на прямой линии, так и на повороте, следовательно, половина ширины L корпуса вагона должна быть такой, чтобы его поперечные смещения не доходили до габарита G.
2
2
2
1
2
2
1
2
1
Фиг.5 относится к железнодорожному вагону, корпус которого определен системой координат S, опирающемуся на колесную тележку, которая определена системой координат Р и в которой позиционирование вспомогательных подвесок 14 идентично колесной тележке, показанной на фиг.4, но в которой средства ограничения поперечных отклонений в соответствии с настоящим изобретением подняты на высоту Hs>Hs. Hs превышает высоту плоскости опоры надрессорной балки 16 на вспомогательные подвески 14 в системе координат О. Когда вагон входит в поворот, в результате подъема высоты оси поворота вспомогательных подвесок точка, вокруг которой поворачивается корпус вагона, оказывается поднятой. Корпус вагона претерпевает такое же боковое смещение Ds и поворачивается на такой же угол α, что и в случае, показанном на фиг.4: критическая точка М по-прежнему находится в том же месте, но теперь она удалена от оси корпуса вагона Zs на расстояние L, превышающее расстояние L, соответствующее случаю, показанному на фиг.4 (ось корпуса вагона Zs для варианта, показанного на фиг.4, показана на фиг.5 двойной пунктирной линией). Это означает, что ширина вагона может два раза пройти расстояние L, превышающее L, соблюдая тот же габарит G.
3
2
2
Фиг.6 относится к железнодорожному вагону, корпус которого идентичен корпусу, показанному на фиг.5, опирающемуся на колесную тележку, которая определена системой координат Р и в которой средства ограничения поперечных отклонений в соответствии с настоящим изобретением остаются поднятым на высоту Hs, превышающую высоту плоскости опоры надрессорной балки 16 на вспомогательные подвески в системе координат Р, как на фиг.5. На фиг.6 вспомогательные подвески 14 сдвинуты друг к другу в поперечном направлении. Колесная тележка содержит также балку 44 ограничения бокового крена и штанги 46. Устройство ограничения поперечных отклонений в соответствии с настоящим изобретением опирается на корпус двигателя на расстоянии Hs, идентичном случаю, показанному на фиг.5, и контакт между упорами и ограничителями происходит в плоскости, находящейся на высоте, превышающей высоту плоскости опоры надрессорной балки 16 на вспомогательные подвески 14.
2
1
Когда колесная тележка входит в поворот, корпус вагона наклоняется на угол β, отличающийся и, как правило, превышающий угол β, что зависит от эффективности балки ограничения бокового крена.
2
2
2
1
Эту балку ограничения бокового крена выполняют таким образом, чтобы эффект наклона корпуса вагона на угол β при боковом крене не превышал в точке М эффект, показанный на фиг.4, за счет того, что расстояние Hs до точки М больше, чем расстояние Hs до точки М, показанное на фиг.4. В этом случае ширина вагона может быть, по меньшей мере, эквивалентной L, при соблюдении того же габарита G.