ДВУХОСНАЯ ТЕЛЕЖКА ГРУЗОВОГО ВАГОНА

Полезная модель относится к подвижному составу железнодорожного транспорта и может быть использована в конструкциях двухосных тележек грузовых вагонов.
В эксплуатируемых двухосных тележках грузовых вагонов (Вагоны / Под ред. Л.А.Шадура. - М.: Транспорт, 1980. - 439 с.) надрессорная балка упруго связана с двумя боковыми рамами посредством клиновой системы подвешивания, состоящей из комплекта двухрядных цилиндрических пружин одинаковой высоты с линейной зависимостью усилия, от прогиба и подпружиненных клиньев, имеющих две рабочих поверхности, одна из которых, вертикальная, взаимодействует с боковой рамой, а вторая с углом наклона поверхности к горизонтали 45°, взаимодействует с наклонной поверхностью надрессорной балки. Фрикционные клинья обеспечивают гашение колебаний силами трения, развиваемыми на их вертикальных поверхностях, но также совместно с пружинами оказывают сопротивление продольному относительному смещению между боковыми рамами («забеганию» боковых рам). Сечения наклонных поясов, верхнего пояса и колонок боковой рамы имеют корытообразную форму с некоторым загибом внутрь концов полок. Концевые части боковых рам шарнирно оперты на буксы колесных пар. Связь тележки с кузовом осуществляется через центральный плоский подпятник и жесткие боковые скользуны с зазором.
Такая конструкция двухосной тележки имеет следующие недостатки, обусловленные конструкцией центрального рессорного подвешивания, фрикционных клиньев, боковых скользунов, карманов надрессорной балки, а также конфигурацией боковой рамы.
Рессорный комплект состоит из пружин одинаковой высоты и под порожним вагоном, который в 5...6 раз легче груженого, статический прогиб пружин недостаточен для обеспечения удовлетворительных динамических характеристик вагона. Поперечная жесткость пружин не меняется при загрузке вагона, что приводит к увеличению частоты боковых колебаний порожних и малозагруженных вагонов и действующих на них ускорений. При скоростях движения 50...60 км/ч коэффициенты динамики порожних вагонов значительно хуже, чем, у груженых, что приводит к ограничению скорости движения порожних составов.
В процессе движения вагона происходят его колебания на пружинах подвешивания, демпфирование которых обеспечивается силами трения на вертикальных поверхностях фрикционных клиньев, постепенно изнашивающихся. При установке фрикционных клиньев в карманы надрессорной балки между боковой стенкой кармана и клина образуется технологический зазор, что приводит к наличию перемещений между наклонными поверхностями при боковых колебаниях вагона, износу наклонной поверхности клина, наклонной и боковых стенок кармана надрессорной балки. Отсутствие сменных износостойких элементов на поверхностях карманов надрессорной балки, контактирующих с клиньями, приводит к необходимости их восстановления при ремонте наплавкой и снижению долговечности надрессорной балки.
В порожнем режиме величина завышения клина по отношению к опорной поверхности надрессорной балки, возникающая из-за износов его поверхностей, наклонной поверхности кармана надрессорной балки и фрикционных планок на боковых рамах, сопоставима с величиной прогиба расположенной под ним пружины (5...8 мм), что приводит к отсутствию
трения в подвешивании, снижению сопротивления «забеганию» боковых рам (ухудшает связанность боковых рам с надрессорной балкой) в прямых и кривых участках пути. Низкое сопротивление «забеганию» боковых рам и пониженное демпфирование колебаний приводит к возникновению явления виляния вагона уже при скорости 70 км/ч, что приводит к повышению износа колес и рельсов, созданию условий схода вагона с железнодорожного пути.
Применение в конструкции тележки жестких боковых скользунов с зазором не обеспечивает демпфирование виляния тележки под вагоном и сопротивление боковым колебаниям кузова на подпятнике для вагонов с повышенным центром тяжести.
Наличие открытых сечений боковой рамы в наклонном поясе, отсутствие защитных износостойких элементов на опорных поверхностях буксового проема приводит к снижению прочности конструкции, развитию трещин усталостного происхождения и, как следствие, к снижению надежности и долговечности боковой рамы.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является конструкция тележки двухосной для грузовых вагонов (Патент RU 2275308, B61F 5/12, B61F 5/26, B61F 5/38, B61F 3/02 от 27.04.2006 г.).
В данной тележке для повышения сопротивления «забеганию» боковых рам применены фрикционные клинья подпружиненных вертикальных гасителей колебаний, которые взаимодействуют с опорными наклонными поверхностями в проемах надрессорной балки через плоские упругие накладки, разнесенные на их опорных плоскостях, при этом углы наклона +γ и -γ взаимодействующих контактных поверхностей к поперечной оси и наклон линии пересечения опорных поверхностей к горизонтальной плоскости может быть 45°.
Боковые рамы через упругие неметаллические элементы устанавливаются на опорные плоскости адаптеров, опирающихся на кассетный подшипник колесной пары.
Конструкция тележки обеспечивает повышение надежности элементов тележки и эффективности взаимодействия тележки с рельсами железнодорожных путей.
Недостатком данной конструкции тележки является сложная пространственная конфигурация наклонных поверхностей фрикционного клина и проемов надрессорной балки, требующая строгого соблюдения допусков при изготовлении, отсутствие защитных элементов в карманах надрессорной балки для повышения их износостойкости. Неметаллические упругие накладки на наклонных поверхностях клина уменьшают сопротивление «забеганию» боковых рам за счет возможности поворота клина, обеспечиваемого деформацией накладок.
Задачей полезной модели является разработка двухосной тележки грузового вагона, обеспечивающей улучшение ходовых качеств порожнего вагона, за счет увеличения демпфирования колебаний, связанности боковых рам и повышение надежности тележки за счет увеличения сопротивления усталости боковой рамы и износостойкости карманов надрессорной балки.
Технический результат достигается тем, что в двухосной тележке грузовых вагонов надрессорная балка в концевых частях имеет карманы, на боковые стенки которых приварены износостойкие планки, а плоские поверхности кармана, наклоненные под углом α к горизонтальной плоскости, симметричные продольно и поперечно вертикальным плоскостям, взаимодействуют через приварную износостойкую сменную вставку с подпружиненными разделенными фрикционными клиньями, фрикционный клин состоит из двух зеркальных частей, наклонные поверхности которых обращены друг к другу под углом β и образуют пространственную конфигурацию, в центральном рессорном подвешивании внутренние пружины под фрикционными клиньями, наружные пружины под фрикционными клиньями, внутренние пружины под надрессорной балкой, наружные пружины под надрессорной балкой выполнены в порядке убывания высоты, боковая рама, имеющая замкнутое коробчатое сечение
наклонного пояса, снабжена сменными износостойкими скобами опорных поверхностей буксовых проемов, связь кузова с тележкой осуществляется через плоский подпятник и боковые упругие скользуны постоянного контакта.
Угол наклона наклонных поверхностей кармана надрессорной балки к горизонтальной плоскости α может составлять 55°.
Угол между двумя наклонными поверхностями разделенного фрикционного клина β может составлять 150°.
В кусочно-линейном рессорном подвешивании наружная пружина под фрикционным клином может быть короче внутренней на 5 мм, а внутренняя под надрессорной балкой - на 10 мм. Наружная пружина под надрессорной балкой может быть короче внутренней на 35 мм.
Рессорное подвешивание с увеличенной высотой подклиновых пружин и внутренних пружин под надрессорной балкой, включающее разделенные фрикционные клинья, и боковые упругие скользуны постоянного контакта обеспечивают лучшее гашение колебаний кузова вагона, в том числе при износе фрикционных клиньев, демпфирование виляния тележки под вагоном, сопротивление боковым колебаниям кузова, что в целом улучшает ходовые качества порожних вагонов.
Износостойкие планки и вставки в карманах надрессорной балки повышают ее долговечность. Замкнутое коробчатое сечение наклонного пояса боковой рамы повышает ее сопротивление усталости, а износостойкие скобы на опорных поверхностях буксовых проемов - их износостойкость и надежность конструкции.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
- на фиг.1 изображен общий вид двухосной тележки грузовых вагонов;
- на фиг.2 показано взаимодействие клина с карманом надрессорной балки;
- на фиг.3 показана геометрия разделенного фрикционного клина;
- на фиг.4 показаны пружины центрального рессорного подвешивания в свободном состоянии;
- на фиг.5 показана конфигурация боковой рамы;
- на фиг.6 показан общий вид конструкции боковых скользунов.
Двухосная тележка грузового вагона включает надрессорную балку 1 (фиг.1), которая опирается каждым концом на боковую раму 2 через центральное рессорное подвешивание 3 и пару подпружиненных разделенных фрикционных клиньев 4. Для размещения фрикционных клиньев 4 надрессорная балка 1 на каждом своем конце имеет карманы 8 (фиг.2), симметричные продольно и поперечно вертикальной плоскостям, образованные наклонной поверхностью и двумя вертикальными боковыми стенками. На боковые стенки, ограничивающие поперечное перемещение разделенного фрикционного клина, приварены износостойкие планки 9, а на плоскую наклонную поверхность кармана, наклоненную под углом α к горизонтали (угол α может быть равен 55°), приварена износостойкая сменная вставка 10, через которую надрессорная балка взаимодействует с подпружиненным разделенным фрикционным клином.
Фрикционный клин 4 (фиг.1) состоит из двух зеркальных фрикционных частей 14 и 15 (фиг.3), наклонные поверхности которых 11 обращены друг к другу под углом β (угол β может быть равен 150°) и взаимодействуют со сменной вставкой 10 (фиг.2). Угол между наклонными поверхностями вставки служит для прижатия двух частей клина к боковым стенкам кармана 8. Боковые стенки клина 12 взаимодействуют с износостойкими планками 9 в карманах 8 надрессорной балки. Вертикальные поверхности 13 взаимодействуют с фрикционной планкой 19 (фиг.5) боковой рамы.
Центральное рессорное подвешивание 3 (фиг.1), с каждой стороны тележки состоящее из комплекта девяти двухрядных (наружная и внутренняя) витых цилиндрических пружин (фиг.4), на две из которых опираются фрикционные клинья 4, а семь расположены под надрессорной
балкой 1, имеет внутренние пружины 25 под фрикционными клиньями, наружные пружины 26 под фрикционными клиньями, внутренние пружины 27 под надрессорной балкой, наружные пружины 28 под надрессорной балкой, выполненные в порядке убывания высоты. Самой высокой пружиной в комплекте является внутренняя 25 под фрикционным клином, наружная 26 под фрикционным клином короче нее (может быть на 5 мм), а также внутренняя 27 под надрессорной балкой (может быть на 10 мм). Наружная пружина 28 под надрессорной балкой короче внутренней (может быть на 35 мм).
В средней части боковой рамы 2 (фиг.1) расположен проем 16 (фиг.5) для размещения рессорного комплекта, а в концевых частях - буксовые проемы 17 для установки колесных пар. Нижняя часть рессорного проема образует опорную плиту 18 с размещенными на ней ограничителями и упорами для установки пружин рессорного комплекта. На вертикальных стенках рессорного проема выполнены площадки, к которым крепятся износостойкие фрикционные планки 19. Наклонный пояс 20 имеет замкнутое коробчатое сечение. К опорной поверхности буксового проема крепится загибающимися лапками с двух сторон через отверстия в концевой части боковины сменная износостойкая скоба 21. Горизонтальные перемещения адаптера относительно буксового проема ограничены выступающими опорными упорами 22 (внешним и внутренним).
Боковой упругий скользун постоянного контакта (фиг.6) состоит из корпуса 29, двух упругих элементов с билинейной вертикальной силовой характеристикой (каждый элемент представляет собой наружную 30 цилиндрическую пружину и внутреннюю 31 пружину, возможно большей высоты) и колпака 32.
Двухосная тележка грузового вагона работает следующим образом.
При движении вагона по железнодорожным путям вертикальные и горизонтальные нагрузки от кузова вагона через плоский подпятник и боковые упругие скользуны постоянного контакта передаются на
надрессорную балку 1, от которой через центральное рессорное подвешивание 3, карманы 8 и подпружиненные разделенные фрикционные клинья 4, передаются на боковые рамы 2. Боковые рамы через сменную износостойкую скобу 21 устанавливаются на опорные плоскости адаптеров 5, опирающихся на кассетный подшипник 6 колесной пары 7.
При постановке на тележку порожнего вагона, его основной вес передается на внутренние пружины 27 под надрессорной балкой, имеющие меньшую осевую и поперечную жесткость, чем наружные 28. За счет разности в высоте внутренних и наружных пружин (наружные пружины короче), порожний вагон при движении совершает колебания на мягких внутренних пружинах, что значительно улучшает его ходовые качества. Расчетный статический прогиб подвешивания в 2...2,5 раза больше, чем у тележек-аналогов.
При загрузке вагона поджимаются также наружные пружины 28 под надрессорной балкой, жесткость подвешивания увеличивается. При этом, соотношение массы порожнего вагона к жесткости подвешивания и груженого вагона к жесткости подвешивания остается приблизительно одинаковым, обеспечивая порожнему и груженому вагону близкие ходовые качества.
Демпфирование колебаний в подвешивании обеспечивается фрикционными клиньями 4, сила трения на вертикальной поверхности 13 которых создается за счет поджатия расположенных под ними пружин. Увеличенная высота внутренней 25 и внешней 26 подклиновой пружин по сравнению с пружинами под надрессорной балкой обеспечивает обязательное пожатие фрикционных клиньев при постановке вагона. Таким образом, демпфирование колебаний под порожним и груженым вагоном улучшается.
Пространственная конфигурация разделенного фрикционного клина 4 совместно со вставкой 10 в кармане 8 надрессорной балки обеспечивают прижатие боковых стенок 12 зеркальных половин фрикционного клина к
износостойким пластинам 9 на боковых стенках кармана надрессорной балки. При боковых колебаниях кузова вагона наклонные поверхности вставки 10 в карман 8 надрессорной балки и фрикционного клина 4 не перемещаются друг относительно друга, износы в этом узле снижаются. Износостойкие планки 9 и вставки 10 в карманах 8 надрессорной балки обеспечивают сохранность карманов и повышают долговечность надрессорной балки.
При воздействии на колесные пары тележки сил в контакте между колесом и рельсом, например при движении в кривой, нежелательному продольному перемещению («забеганию») боковых рам 2 относительно друг друга препятствуют пружины рессорного комплекта 3 и разделенные фрикционные клинья 4. Отсутствие зазоров между фрикционными клиньями и боковыми стенками карманов надрессорной балки, а также увеличенная сила поджатия фрикционных клиньев за счет большей высоты подклиновых пружин, обеспечивают жесткую связь между надрессорной балкой и боковыми рамами в плане, улучшающую показатели ходовых качеств вагона в кривых.
При постановке кузова вагона на тележку, сначала происходит деформация боковых скользунов постоянного контакта, а затем после замыкания зазора между пятником и подпятником, остальная масса кузова передается на тележку через них. Пружины боковых скользунов 30, 31 находятся в поджатом состоянии и при повороте тележки под вагоном между колпаком 32 скользуна и шкворневой балкой вагона возникает сила трения. При возникновении опасного явления виляния тележки под кузовом вагона при его движении с большими скоростями, боковые скользуны постоянного контакта обеспечивают гашение колебаний силами трения.
Сменная износостойкая скоба 21, закрепленная на опорной поверхности буксового проема 17 загибающимися лапками с двух сторон через отверстия в концевой части боковины, предохраняет боковую раму от истирания и повышает ее долговечность.
Основным несущим элементом боковой рамы 2 является наклонный пояс 20, который растягивается при приложении к боковой раме, опертой в буксовых проемах 17 на адаптеры 5 колесных пар, нагрузки через опорную поверхность 18 рессорного проема 16. Увеличение площади поперечного сечения наклонного пояса за счет выполнения его замкнутой коробчатой формы обеспечивает снижение механических напряжений в нем, повышение прочности и долговечности боковой рамы.