КЛИН

Полезная модель относится к железнодорожному машиностроению, а именно, к узлам соединения между тележкой и рамой железнодорожного вагона, и может быть использована при производстве фрикционных клиньев для гашения колебаний тележек железнодорожных вагонов.
Хорошо известно, что для гашения колебаний, возникающих в результате ударных нагрузок при взаимодействии ободов колес железнодорожного вагона со стыками рельсов или другими неровностями рельсового пути, используют фрикционные гасители (демпферы) колебаний. Основой таких гасителей являются фрикционные клинья, установленные между скошенными конечными частями надрессорных балок и боковинами тележек с опорой, по крайней мере, на одну пружину сжатия.
Например, известен фрикционный клин гасителя колебаний тележки грузового вагона, установленный на пружинах рессорного подвешивания и состоящий из двух частей, соединенных между собой горизонтально расположенной осью с возможностью ограниченного поворота обеих частей относительно общей оси, при этом рабочая поверхность одной части клина образует пару трения с фрикционной планкой боковой рамы, а рабочая поверхность второй части клина образует пару трения с наклонной поверхностью надрессорной балки [см. патент Украины №69469 по классу B61F 5/02, B61F 5/00, опубликованный в 15.19.2004 года в Бюл. №9].
Недостатком известного фрикционного клина являются его низкие эксплуатационные характеристики. Данный недостаток заключается в том, что известный фрикционный клин состоит из двух частей, имеющих ненадежное соединение между соболи в виде горизонтальной оси. Подобная конструкция является недостаточно прочной для обеспечения эффективной работы фрикционного клина в составе гасителя колебаний тележки, особенно при прохождении тележкой вагона криволинейных участков рельсового пути.
Известен также цельнолитой фрикционный клин тележки грузового железнодорожного вагона, который взаимодействует своей наклонной частью с надрессорной балкой, а вертикальной - с фрикционной планкой боковой рамы, при этом клин выполнен армированным в верхней и наклонной части на участках, равных 1/3 длины всей фрикционной поверхности [см. патент России №2101205 по классу B61F 5/02, опубликованный 10.01.1998 года].
Недостатком известного фрикционного клина является ограниченность области его применения. Несмотря на улучшение технико-эксплуатационных характеристик, достигнутых благодаря армированию наиболее изнашиваемой части фрикционной поверхности, известный фрикционных клин имеет определенные ограничения относительно его установки и эксплуатации. В частности, для эффективного функционирования известного фрикционного клина необходимо чтобы поверхности фрикционной планки и надрессорной балки в средней зоне столкновения с клином тоже были армированы на величину, равную 1/3 фрикционной поверхности. Также необходимым условием является то, чтобы коэффициенты трения фрикционных поверхностей были пропорциональны нагрузкам. Следовательно, фрикционный клин вышеописанной конструкции не может быть установлен на подавляющее большинство тележек вагонов, находящихся на сегодняшний день в эксплуатации.
Наиболее близким по своей сущности и достигаемому эффекту, принимаемым за прототип, является клин, выполненный в виде полого металлического клинообразного корпуса, состоящего из основы, имеющей средство посадки по крайней мере на одну рессорную пружину тележки, вертикальной стенки, взаимодействующей с боковиной тележки, наклонной стенки, взаимодействующей с соответствующим скосом надрессорной балки, и боковых стенок [Ломоть И.О. Вагоны/Изд. 4-ое, испр. и доп. - М.: Транспорт, 1973. - С.89, рис.82].
Основной недостаток известного клина заключается в неравномерном изнашивании его опорной наклонной стенки. Во время движения вагонов фрикционное взаимодействие надрессорных балок с соответствующими наклонными стенками корпусов клиньев чаще всего происходит не по всей контактной поверхности, а лишь по некоторым отдельным ее участкам. Поэтому даже упрочненные цельнолитые клинья, из-за неравномерного изнашивания их наклонных стенок, как правило, подлежат частой замене, а надрессорные балки в зонах наклонных плоскостей карманов требуют регулярного ремонта (восстановления).
Следующий недостаток известного клина связан с предыдущим и заключается в неравномерной передаче распирающего усилия от надрессорной балки, через вышеупомянутую наклонную стенку, на вертикальную стенку корпуса клина. В результате этого вертикальные стенки неплотно прилегают к боковинам тележки, особенно при прохождении криволинейных участков пути, и при этом неравномерно изнашиваются.
Еще одним существенным недостатком известного клина является то, что поверхность его наклонной стенки не позволяет эффективно фиксировать другие вспомогательные элементы, например износостойкие накладки. Известно, что с целью уменьшения изнашивания фрикционных поверхностей в зазоры между надрессорными балками и наклонными стенками корпусов клиньев вставляют износостойкие накладки из упругого полимерного материала, в частности, полиуретана. Однако из-за невозможности должным образом закрепить указанные накладки на поверхностях наклонных стенок корпусов клиньев, иногда возникают чрезмерно свободные деформационные сдвиги накладок, а также ощутимые сдвиги надрессорных балок и клиньев относительно друг друга.
В основу полезной модели поставлена задача улучшения технико-эксплуатационных характеристик клина за счет обеспечения равномерного изнашивания фрикционных поверхностей и равномерной передачи усилий путем изменения конструкции рабочей поверхности наклонной стенки корпуса клина.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в известном клине, выполненном в виде полого металлического клинообразного корпуса, состоящего из основы, имеющей средство посадки по крайней мере на одну рессорную пружину тележки, вертикальной стенки, взаимодействующей с боковиной тележки, наклонной стенки, взаимодействующей с соответствующим скосом надрессорной балки, и боковых стенок, согласно предложения, в средней части наклонной стенки корпуса на внешней ее поверхности выполнено углубление, симметричное относительно ее плоскости.
В предложенном клине указанное углубление несколько снижает жесткость наклонной стенки корпуса, что способствует более равномерному распределению по ее рабочей поверхности передаваемых через надрессорную балку сжимающих усилий от нагруженного кузова вагона. Такая наклонная стенка способна несколько изгибаться при прохождении криволинейных участков пути, что обеспечивает равномерную передачу распирающих усилий на вертикальную стенку корпуса клина, в результате чего достигается равномерное изнашивание обеих фрикционных поверхностей. Кроме того, предложенные углубления способствуют лучшей фиксации накладок (в случае установки последних между надрессорными балками и наклонными стенками корпусов клиньев), потому что упругий полимерный материал, деформируясь под нагрузкой, слегка вдавливается в подобные углубления. Также в каждом отдельном случае указанное углубление, выполненное на поверхности наклонной стенки, позволяет снизить массу клина, следовательно, и уменьшить количество металла, необходимое для его изготовления.
Таким образом, вся совокупность существенных признаков предложенного решения относительно внесенных изменений в конструкцию клина обеспечивает достижение технического результата.
Дальнейшая сущность полезной модели поясняется совместно с иллюстративным материалом, на котором изображено следующее: фиг.1 -предложенный клин, общий вид; фиг.2 - тоже самое, вид сбоку.
Предложенный клин имеет полый металлический цельнолитой клинообразный корпус 1, включающий основу 2, оснащенную средством 3 для посадки по крайней мере на одну рессорную пружину (не показана), вертикальную стенку 4, боковые стенки 5 и опорную наклонную стенку 6, в средней части которой на внешней поверхности выполнено симметричное углубление 7, которое в верхнем и нижнем направлениях плавно сопрягается с поверхностью наклонной стенки 6.
Упомянутое средство посадки 3 может иметь любую известную конструкцию, например, в виде кольцевого буртика, охватывающего торец одной рессорной пружины или внешней пружины двух концентрически расположенных пружин, или в виде конусообразного выступа, которое входит внутрь одной рессорной пружины или внутренней пружины двух концентрически расположенных рессорных пружин, и, понятно, не является существенным признаком заявленного технического решения.
Предложенный клин работает следующим образом.
Корпус 1 клина устанавливают между боковиной тележки и надрессорной балкой. Клин ориентируют таким образом, чтобы вертикальная стенка 4 прилегала к поверхности боковины тележки, а наклонная стенка 6 - опиралась на скос надрессорной балки. Основу 2 клина с помощью средства посадки 3 устанавливают на вертикальную пружину или несколько пружин.
Во время движения вагона распирающее усилие от скошенного торца надрессорной балки тележки действует (через накладку или без таковой) на наклонную стенку 6, жесткость которой снижена благодаря выполненным углублениям 7. Поэтому указанная стенка деформируется, подстраиваясь под конкретную нагрузку, и остается таким образом в плотном контакте с соответствующей ей поверхностью надрессорной балки. Перераспределенные усилия передаются также и на вертикальную стенку 4. Естественно, что изнашивание обеих стенок при фрикционном гашении колебаний вагона становится более равномерным, и, соответственно, растет ресурс эксплуатации клина.
Заявленное техническое решение проверено на практике. Предложенный клин не содержит в своем составе никаких конструктивных элементов или материалов, которые невозможно было бы воспроизвести на современном этапе развития науки и техники, в частности, в отрасли железнодорожного машиностроения, следовательно, является пригодным для промышленного применения, имеет технические и другие преимущества перед известными аналогами, что подтверждает возможность достижения сформцлированного технического результата заявляемым объектом. В известных источниках патентной и другой научно-технической информации не обнаружено клиньев с указанной в предложении совокупностью существенных признаков, поэтому предложенное техническое решение считается таковым, что может получить правовую защиту.
Существенное отличие предложенного клина, от ранее известных, заключается в том, что в средней части наклонной стенки корпуса на внешней ее поверхности выполнено углубление, симметричное относительно ее плоскости. Указанное отличие обеспечивает равномерное изнашивание фрикционных поверхностей и равномерную передачу усилий, в результате чего увеличивается ресурс эксплуатации фрикционного клина. Ни один из известных фрикционных клиньев не может одновременно обладать всеми перечисленными свойствами, поскольку вообще не предусматривают возможность снижения жесткости наклонной стенки корпуса за счет выполнения на ее поверхности углубления.
К техническим преимуществам предложенного клина, в сравнении с прототипом, можно отнести следующее:
- обеспечение более равномерного изнашивания обеих фрикционных поверхностей за счет снижения жесткости наклонной стенки корпуса с помощью углубления, выполненного на ее поверхности;
- обеспечение более равномерной передачи распирающего усилия на вертикальную стенку корпуса клина по этой же причине;
- обеспечение возможности эффективно фиксировать на поверхности наклонной стенки износостойкие накладки за счет наличия углубления, в которое вдавливаются указанные накладки;
- снижение массы клина благодаря наличию указанных углублений.
Экономический эффект от внедрения полезной модели получают за счет уменьшения металлоемкости клина, что, в свою очередь, способствует снижению себестоимости данного вида продукции.
После описания предложенного клина специалистам в данной отрасли знаний должно быть очевидным, что все вышеописанное является лишь иллюстративным, а не ограничительным, будучи представленным данным примером. Всевозможные варианты выполнения клина, в частности, способ посадки его на пружину, угол наклона наклонной стенки, размеры и форма выполненного на ее поверхности углубления, и прочие изменения, могут изменяться в зависимости от желаемых параметров изделия и, понятно, находятся в пределах объема одного из обычных и естественных подходов в данной области знаний и рассматриваются таковыми, что находятся в пределах объема предложенного технического решения.
Квинтэссенцией предложенного технического решения является то, что в средней части наклонной стенки корпуса клина симметрично выполнено углубление, которое снижает жесткость указанной стенки, и именно это обстоятельство позволяет приобрести предложенной конструкции вышеперечисленные и другие преимущества. Использование отдельных элементов предложенного клина, естественно, ограничивает спектр преимуществ, перечисленных выше, и не может считаться новым техническим решениям в данной области знаний, поскольку другие конструкции, подобные описанной, уже не будут требовать никакого творческого подхода от конструкторов и инженеров, и не могут считаться результатами их творческой деятельности или новыми объектами интеллектуальной собственности, соответствующими защите охранными документами.