АМОРТИЗИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕЛЕЖКИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ВАГОНА
RAILWAY CAR BOGIE DAMPER

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к амортизирующим устройствам с фрикционными гасителями колебаний, используемым в железнодорожной тележке для железнодорожных вагонов.
Известно амортизирующее устройство для железнодорожного вагона, которое содержит фрикционные клинья, которые поджимаются пружинами к надрессорной балке и боковым поверхностям рамы тележки. Каждый клин имеет вертикальную поверхность, которая входит в контакт со смежной боковой поверхностью рамы тележки, и наклонную поверхность, которая контактирует с наклонной поверхностью надрессорной балки [1].
Однако известное амортизирующее устройство для железнодорожного вагона не обладает достаточной эффективностью гашения вертикальных колебаний, имеет также недостаточный срок службы, так как подвержено усиленному износу из-за высокого коэффициента трения.
Известно амортизирующее устройство для тележки грузовых вагонов, которое содержит рессорный комплект, надрессорную балку, фрикционный клиновой гаситель колебаний. Надрессорная балка выполнена за одно с подпятником, опорами для размещения скользунов, гнездами для фрикционных клиньев. Она выполнена по форме бруса равного сопротивления изгибу и имеет коробчатое замкнутое сечение. Рессорный комплект состоит из пяти, шести или семи двухрядных пружин, расположенных под каждым концом надрессорной балки, при этом крайние боковые пружины комплекта поддерживают клинья гасителей колебаний. На нижней опорной поверхности клина имеется кольцевой выступ, который входит внутрь поддерживающей клин пружины. Клинья гасителя располагаются в соответствующих гнездах в надрессорной балке, упираясь своими наклонными плоскостями в наклонные плоскости последней и прижимаясь к планкам, укрепленным на боковых рамах тележки. При прогибах рессорных комплектов создается необходимое трение в гасителях колебаний. Боковые перемещения надрессорной балки амортизируются поперечной упругостью пружин рессорного комплекта. Клиновые гасители колебаний служат одновременно упругой связью надрессорной балки с боковыми рамами тележки. Клиновой гаситель колебаний, имеющий силы трения, пропорциональные перемещениям, но различной величины для нисходящего и восходящего движений, используется в различных железнодорожных тележках. Силы трения в этих гасителях возникают при относительном вертикальном и горизонтальном перемещениях трущихся поверхностей клиньев по фрикционным планкам, укрепленным на колонках боковых рам тележки. Указанные клиновые гасители колебаний способны гасить вертикальные и горизонтальные колебания [2].
Однако одним из основных недостатков всех фрикционных гасителей колебаний является то, что они имеют большие силы трения покоя, препятствующие прогибам рессорного подвешивания, когда величина возмущающей силы меньше величины силы трения самого гасителя.
Известные конструкции амортизирующих устройств не обеспечивают достаточного процесса гашения вертикальных колебаний, что в целом влияет на динамику движения железнодорожного вагона и качественную характеристику его передвижения.
Известно амортизирующее устройство для тележки железнодорожного вагона, содержащее фрикционный клиновой гаситель колебаний, надрессорную балку, установленную над рессорным комплектом, надрессорная балка в сечении мест установки клиньев фрикционного клинового гасителя колебаний выполнена в виде равнобочной трапеции с расположением большего основания над рессорным комплектом, а клинья фрикционного клинового гасителя колебания установлены с возможностью постоянного поджатия упругим элементом к наклонным боковым плоскостям надрессорной балки и вертикальным плоскостям боковой рамы тележки железнодорожного вагона, при этом надрессорная балка выполнена также с опорными площадками под крайние пружины среднего ряда рессорного комплекта.
Наклонные поверхности клиньев фрикционного клинового гасителя колебаний и соответственно наклонные боковые поверхности надрессорной балки при предполагаемом их продолжении расположены в скрещивающихся плоскостях [3].
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является амортизирующее устройство для тележки железнодорожного вагона, содержащее фрикционный клиновой гаситель колебаний, надрессорную балку, установленную над рессорным комплектом, надрессорная балка в сечении мест установки клиньев фрикционного клинового гасителя колебаний выполнена в виде равнобочной трапеции с расположением большего основания над рессорным комплектом, а клинья фрикционного клинового гасителя колебания установлены с возможностью постоянного поджатия упругим элементом к наклонным боковым плоскостям надрессорной балки и вертикальным плоскостям боковой рамы тележки железнодорожного вагона, надрессорная балка выполнена с опорными площадками под крайние пружины среднего ряда рессорного комплекта, при этом в качестве упругого элемента использованы винтовые пружины, которые установлены во внутреннюю полость каждого клина фрикционного клинового гасителя колебаний и поджаты дополнительно введенной прижимной планкой, закрепленной к верхней плоскости надрессорной балки [4].
Недостатком известных амортизирующих устройств для тележки железнодорожного вагона является отсутствие стабильного поджатия фрикционного клина к наклонной плоскости надрессорной балки и вертикальной плоскости боковой рамы, отсутствие стабильной постоянной силы трения между вертикальными плоскостями фрикционного клина и боковой рамы.
Технической задачей изобретения является создание амортизирующего устройства для тележки железнодорожного вагона с обеспечением стабильной силы поджатия фрикционного клина к наклонным плоскостям надрессорной балки и вертикальной плоскости боковой рамы и условия наличия постоянной силы трения между вертикальными плоскостями фрикционного клина и боковой рамы независимо от загрузки вагона.
Основными задачами изобретения являются также повышение жесткости железнодорожной тележки в плане путем уменьшения «забегания» боковых рам относительно друг друга, оптимизация компоновки фрикционного клинового гасителя колебаний, снижение металлоемкости, габаритов и облегчение монтажа.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является уменьшение динамических ударных нагрузок на элементы тележки и железнодорожного вагона в процессе эксплуатации, обеспечение плавности передвижения, повышение надежности устройства, уменьшение износа, а также оптимизация компоновки фрикционного клинового гасителя колебаний за счет стержневого поджатия пружины клина, снижение металлоемкости, габаритов и облегчение монтажа, а в целом улучшение ходовых и эксплуатационных качеств экипажной части.
Технический результат достигается тем, что в амортизирующем устройстве для тележки железнодорожного вагона, содержащем фрикционный клиновой гаситель колебаний, надрессорную балку, установленную над рессорным комплектом, надрессорная балка в сечении мест установки клиньев фрикционного клинового гасителя колебаний выполнена в виде равнобочной трапеции с расположением большего основания над рессорным комплектом, а клинья фрикционного клинового гасителя колебания установлены с возможностью постоянного поджатия упругим элементом к наклонным боковым плоскостям надрессорной балки и вертикальным плоскостям боковой рамы тележки железнодорожного вагона, при этом надрессорная балка выполнена с опорными площадками под крайние пружины среднего ряда рессорного комплекта, в качестве упругого элемента использованы винтовые пружины, которые установлены во внутреннюю полость каждого клина фрикционного клинового гасителя колебаний, клин выполнен пространственной конфигурации с возможностью сопряжения с надрессорной балкой по двум ее наклонным боковым плоскостям, расположенным относительно друг друга под углом, при этом клин установлен с возможностью постоянного поджатия к наклонным боковым плоскостям надрессорной балки и вертикальной плоскости боковой рамы посредством стержневого поджатия пружины клина.
В амортизирующем устройстве для тележки железнодорожного вагона клин установлен с возможностью сопряжения с надрессорной балкой по двум ее наклонным боковым плоскостям, которые расположены относительно друг друга под углом 85-115°, а относительно вертикальной плоскости боковой рамы под углом 25-35°.
В амортизирующее устройство для тележки железнодорожного вагона в качестве стержневого поджатия пружины клина использованы резьбовая втулка, выполненная за одно с опорной площадкой надрессорной балки, чашка для поджатия пружины и болт, при этом поджим пружины клина выполнен через чашку посредством болта, вворачиваемого в резьбовую втулку до упора, выполненного по торцу болта, причем чашка для поджатия пружины выполнена с цилиндрическим углублением под головку болта, которая выполнена цилиндрической формы с внутренним шестигранником и установлена заподлицо с верхней поверхностью чашки для поджатия пружины.
Отличительной особенностью предлагаемого амортизирующего устройства для тележки железнодорожного вагона является выполнение клина пространственной конфигурации и сопряжение его с надрессорной балкой по двум ее наклонным боковым плоскостям, которые расположены относительно друг друга под углом, а также введение стержневого поджатия пружины клина.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где:
на фиг.1 представлено предлагаемое амортизирующее устройство для тележки железнодорожного вагона в сборе с двухосной тележкой (вид сбоку, вид сверху);
на фиг.2 - амортизирующее устройство с боковой рамой двухосной железнодорожной тележки, вид А фиг.1;
на фиг.3 - амортизирующее устройство с боковой рамой двухосной железнодорожной тележки, вид Б фиг.1.
Амортизирующее устройство для тележки железнодорожного вагона (фиг.1) состоит из фрикционного клинового гасителя колебаний 1, надрессорной балки 2, рессорного комплекта 3 и боковых рам 4.
Надрессорная балка 2 в сечении мест установки клиньев 5 фрикционного клинового гасителя колебаний 1 выполнена в виде равнобочной трапеции, причем с расположением большего основания 6 над рессорным комплектом 3.
Клинья 5 фрикционного клинового гасителя колебания 1 установлены с возможностью постоянного поджатия упругим элементом к наклонным боковым плоскостям 7 надрессорной балки 2 и вертикальным плоскостям 8 боковой рамы 4 тележки железнодорожного вагона.
Надрессорная балка 2 выполнена с опорными площадками 9 под крайние пружины среднего ряда рессорного комплекта 3.
В качестве упругого элемента использованы винтовые пружины 10, которые установлены во внутреннюю полость каждого клина 5 фрикционного клинового гасителя колебаний 1.
Предлагаемый клин 5 выполнен пространственной конфигурации с возможностью сопряжения с надрессорной балкой 2 по двум ее наклонным боковым плоскостям 7, которые расположены относительно друг друга под углом.
Клин 5 установлен с возможностью постоянного поджатия к наклонным боковым плоскостям 7 надрессорной балки 2 и вертикальной плоскости 8 боковой рамы 4 посредством стержневого поджатия 11 пружины 10 клина 5.
В амортизирующем устройстве для тележки железнодорожного вагона клин 5 пространственной конфигурации установлен с возможностью сопряжения с надрессорной балкой 2 по двум ее наклонным боковым плоскостям 7, которые расположены относительно друг друга под углом 85-115°, а относительно вертикальной плоскости 8 боковой рамы 4 под углом 25-35°.
В амортизирующее устройство для тележки железнодорожного вагона (фиг.2, фиг.3) в качестве стержневого поджатия 11 пружины 10 клина 5 использованы резьбовая втулка 12, которая выполнена за одно с опорной площадкой 9 надрессорной балки 2, чашка 13 для поджатия пружины 10 и болт 14.
Поджим пружины 10 клина 5 осуществляют через чашку 13 посредством болта 14, который вворачивают в резьбовую втулку 12 до упора, выполненного по торцу болта 14.
Чашка 13 для поджатия пружины 10 выполнена с цилиндрическим углублением 15 под головку болта 14. Головка болта 14 выполнена цилиндрической формы с внутренним шестигранником 16 и установлена заподлицо с верхней поверхностью чашки 14 для поджатия пружины 10.
Углы наклона поверхностей клиньев 5 фрикционного клинового гасителя колебаний 1 и боковых поверхностей надрессорной балки 2, входящие в контакт между собой, и усилие упругого элемента, в качестве которого использованы винтовые пружины 10, поджимающие клинья 5, определяют в зависимости от величины динамических нагрузок на элементы тележки и железнодорожного вагона в целом.
Функционирование амортизирующего устройства для тележки железнодорожного вагона заключается в восприятии усилий рессорным комплектом 3 при нисходящем движении и гашении колебаний за счет возникновения силы трения во фрикционном клиновом гасителе колебаний 1 при восходящем движении.
Предлагаемая конструкция амортизирующего устройства для тележки железнодорожного вагона обеспечивает стабильную постоянную силу поджатия клиньев 5 к наклонным поверхностям 7 надрессорной балки 2 и вертикальной поверхности 8 боковой рамы 4 и условие наличия стабильной постоянной силы трения между вертикальными плоскостями клиньев 5 и боковой рамы 4, которая не зависит от загрузки вагона.
Амортизирующее устройство при нисходящем движении работает следующем образом. Усилие через надрессорную балку 2 передается на пружины рессорного комплекта 3, тем самым сжимая их. Фрикционный клиновой гаситель колебаний 1 при этом не функционирует. Клинья 5 фрикционного клинового гасителя колебаний 1 движутся вместе с надрессорной балкой 2, поджимаемые к ней и вертикальным плоскостям 8 боковой рамы 4 тележки упругим элементом, в качестве которого использованы винтовые пружины 10, установленные во внутреннюю полость каждого клина 5 фрикционного клинового гасителя колебаний 1 и поджатые дополнительно посредством стержневого поджатия 11.
При восходящем движении пружины рессорного комплекта 3 разжимаются, надрессорная балка 2 движется вверх относительно боковой рамы 4 тележки. Клинья 5 фрикционного клинового гасителя колебаний 1, поджимаемые упругим элементом, в качестве которого использованы винтовые пружины 10, установленные в их внутреннюю полость, расклиниваются между наклонными боковыми плоскостями 7 надрессорной балки 2 и вертикальными плоскостями 8 боковой рамы 4 железнодорожной тележки. Тем самым за счет возникновения силы трения между вертикальными плоскостями клиньев 5 фрикционного клинового гасителя колебаний 1 и боковой рамы 4 тележки происходит гашение колебаний во фрикционном клиновом гасителе колебаний 1 при восходящем движении.
Эффективность процесса гашения колебаний происходит за счет конструктивного изменения расположения клиньев 5 фрикционного клинового гасителя колебаний 1, выполнения упругого элемента в виде винтовых пружин 10, установленных во внутреннюю полость каждого клина 5, обеспечивающего функциональную связь между указанными элементами конструкции. При этом создается стабильная постоянная сила поджатия клиньев 5 к наклонным плоскостям 7 надрессорной балки 2 и вертикальной плоскости 8 боковой рамы 4 и условие наличия стабильной постоянной силы трения между вертикальными плоскостями клиньев 5 и боковой рамы 4 независимо от загрузки вагона.
Предлагаемая конструкция амортизирующего устройства для тележки железнодорожного вагона позволяет рессорному комплекту 3 максимально воспринимать усилия, возникающие при нисходящем движении и эффективно гасить колебания при восходящем движении за счет возникновения силы трения во фрикционном клиновом гасителе колебаний 1.
Конструктивное решение предлагаемого амортизирующего устройства для тележки железнодорожного вагона позволило изменить направление силы трения, возникающей между поверхностями клиньев 5 и боковой рамы 4 тележки, на противоположное, т.е. максимально обеспечить гашение колебаний при восходящем движении и тем самым уменьшить динамические ударные нагрузки на элементы тележки и вагона в целом, что обеспечивает плавность передвижения.
Использование предлагаемой конструкции амортизирующего устройства для железнодорожной тележки позволит уменьшить динамические ударные нагрузки на элементы тележки и вагона в процессе эксплуатации, обеспечить плавность передвижения, повысить надежность устройства, уменьшить износ, снизить металлоемкость, габариты и облегчить монтаж устройства, а также позволит максимально оптимизировать компоновку фрикционного клинового гасителя колебаний за счет использования стержневого поджатия пружины клина.
Предлагаемое техническое решение позволяет в целом повысить надежность устройства и улучшить ходовые качества экипажной части.
Источники информации
7
1. Патент США №6269752, МПК B61F 5/12.
2. Книга Вагоны. Под редакцией Л.А.Шадура, Москва, «Транспорт», 1973 г., с.166-170, с.185-190.
7
3. Патент РФ №2259292, МПК В61F 5/12.
7
4. Патент РФ №2348556, МПК В61F 5/12 (прототип).