ТРЕХОСНАЯ ТЕЛЕЖКА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ВАГОНА

Заявляемая полезная модель относится к железнодорожному транспорту и касается конструкции трехосной тележки железнодорожного вагона с подпятниковым узлом шкворневой балки.
В процессе эксплуатации трехосной тележки железнодорожного вагона при ее повороте относительно кузова вагона в кривых участках пути происходит поворот пятника вагона относительно упорной поверхности подпятника и опорной поверхности подпятника шкворневой балки, и в подпятниковом узле возникают силы трения. Угловые перемещения между кузовом вагона и тележкой демпфируются скользунами, а также силами трения в подпятниковом узле. Продольные силы от сопротивления качению трехосной тележки или при ее торможении передаются на Н-образную шкворневую балку, а далее через подпятниковый узел на кузов вагона.
Термином «упорная поверхность подпятника» обозначена вертикальная поверхность подпятника, предназначенная для передачи горизонтальных сил от кузова вагона на шкворневую балку, термином «опорная поверхность подпятника» - поверхность подпятникового места (горизонтальная), предназначенная для передачи веса кузова вагона и других вертикальных сил на шкворневую балку, термином «вертикальная рабочая поверхность пятника» - вертикальная поверхность пятника вагона, термином «горизонтальная рабочая поверхность пятника» - горизонтальная поверхность пятника вагона, а термином «подпятниковый узел шкворневой балки» - узел трехосной тележки железнодорожного вагона, состоящий из упорной поверхности подпятника, из опорной поверхности подпятника, прокладки и упорного кольца.
Из патента РФ № 2726509 на изобретение «Трехосная тележка для скоростного грузового железнодорожного вагона (варианты)» известна трехосная тележка скоростного грузового железнодорожного вагона с Н-образной шкворневой балкой с закрепленным подпятником, выполненным с упорной поверхностью подпятника и опорной поверхностью подпятника. Недостатком изобретения является отсутствие износостойкой защиты в подпятниковом узле шкворневой балки, а именно, отсутствие в нем прокладки и упорного кольца. Если в трехосной тележке в подпятниковом узле шкворневой балки будет отсутствовать износостойкая защита в виде упорного кольца и прокладки, то в процессе передачи нагрузки от рамы кузова вагона на пятник, а после от пятника на шкворневую балку будут возникать дополнительные концентраторы напряжений в шкворневой балке. Соответственно в шкворневой балке будет происходить следующее, а именно:
краевое опирание вертикальной рабочей поверхности пятника на металл упорной поверхности подпятника, что приведет к истиранию металла упорной поверхности подпятника и к преждевременному износу упорной поверхности подпятника, а также к истиранию вертикальной рабочей поверхности пятника и к преждевременному износу вертикальной рабочей поверхности пятника;
опирание горизонтальной рабочей поверхности пятника на металл опорной поверхности подпятника, что приведет к истиранию металла опорной поверхности подпятника и к преждевременному износу опорной поверхности подпятника,  а также к истиранию горизонтальной рабочей поверхности пятника и к преждевременному износу горизонтальной рабочей поверхности пятника.
В результате вышеуказанные дефекты приведут к появлению усталостных трещин в подпятниковом узле и к разрушению шкворневой балки и трехосной тележки в целом. Трехосные тележки устанавливаются на грузовых вагонах, грузоподъемностью 22 тонн и выше, поэтому при нагружении конструкции тележки максимальным весом и при наличии уже возникших трещин в подпятниковом узле, подпятниковый узел не сможет демпфировать колебания в полном объеме. Соответственно увеличится нагрузка на скользуны, что, в свою очередь, во время эксплуатации трехосной тележки может привести к появлению трещин в зонах максимальных нагрузок - зонах контакта опорных частей скользунов с поверхностью шкворневой балки. В результате чего, уменьшится эксплуатационная надежность подпятникового узла, шкворневой балки и трехосной тележки, что уменьшит срок службы трехосной тележки.
Из уровня техники известна трехосная тележка с Н-образной шкворневой балкой с подпятником (патент на полезную модель № 177425 «Надрессорная балка трехосной тележки»). Недостатком изобретения является отсутствие износостойкой защиты в подпятниковом узле шкворневой балки, а именно, отсутствие в нем прокладки и упорного кольца. Если в трехосной тележке в подпятниковом узле шкворневой балки будет отсутствовать износостойкая защита в виде упорного кольца и прокладки, то в процессе передачи нагрузки от рамы кузова вагона на пятник, а после от пятника на шкворневую балку будут возникать дополнительные концентраторы напряжений в шкворневой балке. Соответственно в шкворневой балке будет происходить следующее, а именно:
краевое опирание вертикальной рабочей поверхности пятника на металл упорной поверхности подпятника, что приведет к истиранию металла упорной поверхности подпятника и к преждевременному износу упорной поверхности подпятника, а также к истиранию вертикальной рабочей поверхности пятника и к преждевременному износу вертикальной рабочей поверхности пятника;
опирание горизонтальной рабочей поверхности пятника на металл опорной поверхности подпятника, что приведет к истиранию металла опорной поверхности подпятника и к преждевременному износу опорной поверхности подпятника,  а также к истиранию горизонтальной рабочей поверхности пятника и к преждевременному износу горизонтальной рабочей поверхности пятника.
В результате вышеуказанные дефекты приведут к появлению усталостных трещин в подпятниковом узле и к разрушению шкворневой балки и трехосной тележки в целом. Трехосные тележки устанавливаются на грузовых вагонах, грузоподъемностью 22 тонн и выше, поэтому при нагружении конструкции тележки максимальным весом и при наличии уже возникших трещин в подпятниковом узле, подпятниковый узел не сможет демпфировать колебания в полном объеме. Соответственно увеличится нагрузка на скользуны, что, в свою очередь, во время эксплуатации трехосной тележки может привести к появлению трещин в зонах максимальных нагрузок - зонах контакта опорных частей скользунов с поверхностью шкворневой балки. В результате чего, уменьшится эксплуатационная надежность подпятникового узла, шкворневой балки и трехосной тележки, что уменьшит срок службы трехосной тележки. Данное техническое решение принято за прототип.
Технической проблемой является разработка конструкции трехосной тележки железнодорожного вагона со шкворневой балкой с подпятниковым узлом, лишенной вышеприведенных недостатков и имеющей износостойкую защиту подпятникового узла, увеличивающую срок службы трехосной тележки.
Техническим результатом является создание конструкции трехосной тележки железнодорожного вагона со шкворневой балкой, имеющей износостойкую защиту подпятникового узла, в котором опорная поверхность подпятника и упорная поверхность подпятника в подпятниковом узле шкворневой балки обладают повышенной износостойкостью. Следствием чего, является уменьшение истирания металла упорной поверхности подпятника, уменьшение истирания металла опорной поверхности подпятника (уменьшение истирания пятника по высоте), отсутствие усталостных трещин в подпятниковом узле, отсутствие его износа и уменьшение трещин в зонах контакта опорных частей скользунов с поверхностью шкворневой балки. Таким образом, увеличивается эксплуатационная надежность подпятникового узла, шкворневой балки и трехосной тележки в целом. Кроме того, достигается дополнительный технический результат - повышается долговечность пятника.
Технический результат достигается за счет того, что трехосная тележка железнодорожного вагона содержит три колесные пары с буксовыми узлами, четыре боковые рамы, два балансира, четыре комплекта рессорного подвешивания, четыре фрикционных гасителя колебаний, две надрессорные балки, шкворневую балку, содержащую подпятниковый узел, в подпятниковом узле на опорную поверхность подпятника установлены упорное кольцо и прокладка, при этом верхняя часть упорного кольца закреплена с упорной поверхностью подпятника в подпятниковом узле, прокладка выполнена в форме диска со сквозным центральным отверстием, в который вставляется прилив подпятникового места с отверстием для установки шкворня.
В трехосной тележке железнодорожного вагона верхняя часть упорного кольца может быть приварена к упорной поверхности подпятника сплошным сварным швом.
В трехосной тележке железнодорожного вагона верхняя часть упорного кольца может быть приварена к упорной поверхности подпятника прерывистым сварным швом.
В трехосной тележке железнодорожного вагона верхняя часть упорного кольца может быть закреплена с упорной поверхностью подпятника при помощи шпоночного соединения.
В трехосной тележке железнодорожного вагона верхняя часть упорного кольца может быть закреплена с упорной поверхностью подпятника при помощи метода запрессовки.
В трехосной тележке железнодорожного вагона упорное кольцо может быть выполнено цельным.
В трехосной тележке железнодорожного вагона упорное кольцо может быть выполнено с одним поперечным разрезом.
В трехосной тележке железнодорожного вагона упорное кольцо может быть выполнено из частей (нескольких сегментов).
В трехосной тележке железнодорожного вагона упорное кольцо может быть выполнено с наружной фаской.
В трехосной тележке железнодорожного вагона прокладка может быть выполнена с внутренней фаской.
В трехосной тележке железнодорожного вагона прокладка может быть изготовлена из износостойкого материала.
В трехосной тележке железнодорожного вагона прокладка может быть изготовлена из полимерного материала.
В трехосной тележке железнодорожного вагона прокладка может быть изготовлена из композитного материала.
В трехосной тележке железнодорожного вагона прокладка может быть изготовлена из металла.
В трехосной тележке железнодорожного вагона прокладка может быть изготовлена из металла, подвергнутого закалке.
В трехосной тележке железнодорожного вагона прокладка может быть изготовлена из нержавеющей стали, более мягкой, чем сталь пятника кузова вагона.
В трехосной тележке железнодорожного вагона прокладка может быть изготовлена из высокоуглеродистой стали.
В трехосной тележке железнодорожного вагона упорное кольцо может быть изготовлено из износостойкого материала.
В трехосной тележке железнодорожного вагона упорное кольцо может быть изготовлено из полимерного материала.
В трехосной тележке железнодорожного вагона упорное кольцо может быть изготовлено из композитного материала.
В трехосной тележке железнодорожного вагона упорное кольцо может быть изготовлено из металла.
В трехосной тележке железнодорожного вагона упорное кольцо может быть изготовлено из металла, подвергнутого закалке.
В трехосной тележке железнодорожного вагона упорное кольцо может быть изготовлено из нержавеющей стали, более мягкой, чем сталь пятника кузова вагона.
В трехосной тележке железнодорожного вагона упорное кольцо может быть изготовлено из высокоуглеродистой стали.
В трехосной тележке железнодорожного вагона прокладка может быть выполнена с наружной фаской.
В трехосной тележке железнодорожного вагона прокладка может быть выполнена с наружным диаметром, находящимся в диапазоне от 280 мм до 405 мм.
В трехосной тележке железнодорожного вагона диаметр сквозного центрального отверстия прокладки может быть выполнен в диапазоне от 60 мм до 100 мм.
В трехосной тележке железнодорожного вагона толщина прокладки может быть выполнена в диапазоне от 4 мм до 8 мм.
Заявляемая полезная модель поясняется фигурами.
На фиг. 1 изображен общий вид сверху трехосной тележки железнодорожного вагона с упорным кольцом, и с прокладкой.
На фиг. 2 показан разрез Б-Б, на котором изображен подпятниковый узел.
На фиг. 3 изображено упорное кольцо, вид спереди.
На фиг. 4 изображено упорное кольцо, вид сверху.
На фиг. 5 показан вид А, на котором изображен поперечный разрез упорного кольца с разделкой под сварку.
На фиг. 6 изображена прокладка, вид сверху.
На фиг. 7 изображена прокладка, вид сбоку, разрез А-А.
Позиции на фигурах:
1 - колесная пара;
2 - буксовый узел;
3 - боковая рама правая;
4 - боковая рама левая;
5 - надрессорная балка;
6 - шкворневая балка;
7 - подпятниковый узел;
8 - упорное кольцо;
9 - упорная поверхность подпятника;
10 - внутренняя фаска прокладки 13;
11 - комплект рессорного подвешивания;
12 - шкворень;
13 - прокладка;
14 - опорная поверхность подпятника;
15 - наружная фаска прокладки 13;
16 – наружная фаска упорного кольца 8;
17- прилив подпятникового места с отверстием для установки шкворня 12.
Заявляемая полезная модель трехосной тележки железнодорожного вагона содержит: три колесные пары 1 с буксовыми узлами 2, четыре боковые рамы 3 и 4, два балансира (позицией на фигурах не показаны), четыре комплекта рессорного подвешивания (позицией на фигурах не показаны), четыре фрикционных гасителя колебаний (позицией на фигурах не показаны), две надрессорные балки 5, шкворневую балку 6, содержащую упорную поверхность подпятника 9, и опорную поверхность подпятника 14. Подпятниковый узел 7 состоит из упорной поверхности подпятника 9, опорной поверхности подпятника 14, упорного кольца 8 и прокладки 13. Пятник позицией не показан на фигурах.
На упорной поверхности подпятника 9 установлено упорное кольцо 8, а на опорной поверхности подпятника 14, внутри упорного кольца 8, установлена прокладка 13. Наличие упорного кольца 8 и прокладки 13 предотвращает истирание металла упорной поверхности подпятника 9, истирание металла опорной поверхности подпятника 14 и соответственно предотвращает износ упорной поверхности подпятника 9 и износ опорной поверхности подпятника 14, увеличивает эксплуатационную надежность подпятникового узла 7.
d2
Прокладка 13 выполнена в форме диска, соответственно плоской, и с центральным сквозным отверстием (позицией на фигурах не показано) с диаметром , в который вставляется прилив 17 с отверстием подпятникового места для установки шкворня 12, в который, в свою очередь, вставляется шкворень 12. Прокладку 13 выполняют в форме диска, так как в этом случае она хорошо удерживается в подпятниковом узле 7, также преимуществом такой прокладки 13 является технологичность ее изготовления. При этом даже в случае износа прокладки 13 будет произведена ее замена и не потребуется ремонт или замена шкворневой балки 6.
Верхняя часть упорного кольца 8 закреплена с упорной поверхностью подпятника 9. Закрепить верхнюю часть упорного кольца 8 с упорной поверхностью подпятника 9 можно, например, при помощи сварки сплошным сварным швом, или при помощи сварки прерывистым сварным швом, или при помощи шпоночного соединения, или при помощи метода запрессовки. При этом даже в случае износа упорного кольца 8 будет произведена его замена и не потребуется ремонт или замена шкворневой балки 6.
Поворот упорного кольца 8 и постоянное трение его поверхности об упорную поверхность подпятника 9 и об опорную поверхность  подпятника 14 приводит к износу как упорной поверхности подпятника 9, так и опорной поверхности подпятника 14 шкворневой балки и наружной поверхности упорного кольца 8. И, как результат, приводит к появлению трещин. Поэтому закрепление верхней части упорного кольца 8 с упорной поверхностью подпятника 9 трехосной тележки железнодорожного вагона полностью исключает возможность поворота упорного кольца 8.
D
d
Выполнение упорного кольца 8 цельным или из частей с учетом допусков на изготовление диаметра  опорной поверхности подпятника 14 и наружного диаметра  кольца 8 позволяет установить упорное кольцо 8 в подпятниковый узел 7. После чего, прижав упорное кольцо 8 к упорной поверхности подпятника 9, можно например, приварить его верхнюю часть к упорной поверхности подпятника 9 сварным швом, обеспечив, тем самым, плотное прилегание упорного кольца 8 к упорной поверхности подпятника 9. Упорное кольцо 8 может быть приварено к упорной поверхности подпятника 9, например, кольцевым швом. При приварке упорного кольца 8 кольцевым швом обеспечивается жесткая фиксация верхней части упорного кольца 8 и упорной поверхности подпятника 9.
D
d
Выполнение упорного кольца 8 с поперечным разрезом с учетом допусков на изготовление диаметра  опорной поверхности подпятника 14 и наружного диаметра  упорного кольца 8 позволяет беспрепятственно установить упорное кольцо 8 в подпятниковый узел 7. После чего, прижав упорное кольцо 8 к упорной поверхности  подпятника 9, можно, например, приварить его верхнюю часть к упорной поверхности подпятника 9 сварным швом, обеспечив, тем самым, плотное прилегание упорного кольца 8 к упорной поверхности подпятника 9. Поперечный разрез упорного кольца далее тоже заваривается сварным швом. Упорное кольцо 8 может быть приварено к упорной поверхности подпятника 9, например, кольцевым швом. При приварке упорного кольца 8 кольцевым швом обеспечивается жесткая фиксация упорного кольца 8 и упорной поверхности подпятника 9.
На наружной поверхности упорного кольца 8 в месте контакта его с упорной поверхностью подпятника 9 и с опорной поверхностью подпятника 14 может быть выполнена фаска 16. Наличие наружной фаски 16 обеспечивает плотный контакт упорного кольца 8 с упорной поверхностью подпятника 9 в случае изготовления шкворневой балки 6 со скруглением в месте перехода от упорной поверхностью подпятника 9 к опорной поверхности подпятника 14. Плотное прилегание обеспечит отсутствие трения между вышеуказанными поверхностями, соответственно – отсутствие возникновения износа и трещин.
Наличие наружной фаски 15 у прокладки 13 обеспечивает плотный контакт прокладки 13 с упорным кольцом 8, см. фиг. 2. Плотный контакт обеспечит отсутствие смещения прокладки 13.
Прокладка 13 может быть выполнена с внутренней фаской 10. Наличие внутренней фаски 10 прокладки 13, см. фиг. 2, обеспечивает плотный контакт прокладки 13 с приливом 17 подпятникового места для установки шкворня 12, выполненным со скруглением в месте перехода от опорной поверхности подпятника 14 к приливу 17 подпятникового места для установки шкворня 12. Плотное прилегание прокладки 13 к  приливу 17 подпятникового места для установки шкворня 12 обеспечит отсутствие смещения прокладки 13.
Прокладка 13 и/или упорное кольцо 8 могут быть изготовлены из износостойкого материала, то есть, из материала с высокой прочностью, например, из металла или из композитного материала, или из полимерного материала.
Изготовление прокладки 13 и/или упорного кольца 8 из металла, например, из высокоуглеродистой стали или нержавеющей стали, позволяет дополнительно повысить износостойкость прокладки 13 и/или упорного кольца 8, так как высокоуглеродистая сталь и нержавеющая сталь обладают высокой прочностью.
Кроме того, металл, из которого будут изготовлены прокладка 13 и/или упорное кольцо, 8 может быть подвергнут поверхностной закалке. В этом случае можно дополнительно повысить износостойкость прокладка 13 и/или упорного кольца 8, так как металл, подвергшийся поверхностной закалке, будет иметь высокую прочность.
При изготовлении прокладки 13 и/или упорного кольца 8 из нержавеющей стали более мягкой, чем сталь пятника кузова вагона, можно снизить износ пятника.
d1
В трехосной тележке железнодорожного вагона наиболее технологичным выполнением прокладки 13 является ее выполнение с наружным диаметром , находящимся в диапазоне от 280 мм до 405 мм, что наиболее точно соответствует размерам подпятникового узла 7, заложенным в конструкторской документации.
d2
В трехосной тележке железнодорожного вагона наиболее технологичным выполнением прокладки 13 является выполнение диаметра сквозного центрального отверстия прокладки 13 в диапазоне от 60 мм до 100 мм, что наиболее точно соответствует заложенным в конструкторской документации размерам прилива 17 подпятникового места для установки шкворня 12, вставляемого в центральное отверстие прокладки 13.
В трехосной тележке железнодорожного вагона наиболее технологичным выполнением прокладки 13 является выполнение толщины прокладки 13 в диапазоне от 4 до 8 мм, что наиболее точно соответствует (не превышает) высоте упорной поверхности подпятника 9, заложенной в конструкторской документации.
Была изготовлена опытная партия полезной модели, которая прошла опытные испытания и подтвердила свои преимущества.