ТЕЛЕЖКА ГРУЗОВОГО ВАГОНА

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, а именно к тележкам грузовых вагонов с рессорным подвешиванием, предназначенным для установки под грузовые вагоны магистральных железных дорог.
Известно рессорное подвешивание тележки грузового вагона, содержащее двухрядные подклиновые пружины, используемые для подвешивания клина фрикционного гасителя колебаний и пружины, используемой для подвешивания надрессорной балки, при этом высота подклиновых пружин в свободном состоянии выполнена превышающей размер проема рессорного окна тележки грузового вагона, измеренного между опорной поверхностью боковой рамы и нижней опорной поверхностью клиньев фрикционного гасителя колебаний, и при этом находящихся в крайнем верхнем положении с упором клиньев в опорные поверхности надрессорной балки, а надрессорной балки - в верхнее ребро рессорного окна боковой рамы (RU 157931, МПК B61F 5/12, опубл. 20.12.2015).
Недостатком данного технического решения является неоптимальная жёсткость рессорного подвешивания при использовании как полностью гружёного, так и незагруженного вагона.
Известно рессорное подвешивание тележки грузового железнодорожного вагона, содержащее двухрядные пружины, скомплектованные из наружных и внутренних пружин, предназначенные для размещения под фрикционными клиньями гасителя колебаний и под надрессорной балкой, при этом наружные и внутренние пружины двухрядных пружин, предназначенных для размещения под фрикционными клиньями гасителя колебаний, выполнены с равными между собой высотами в свободном состоянии, наружные и внутренние пружины двухрядных пружин, предназначенных для размещения под надрессорной балкой, выполнены с неравными между собой высотами в свободном состоянии и при этом меньшими, чем высоты двухрядных пружин, предназначенных для размещения под фрикционными клиньями гасителя колебаний в свободном состоянии (RU 160055, МПК B61F 5/00, опубл. 27.02.2016).
Недостатками данного технического решения являются: неоптимальная жёсткость рессорного подвешивания при использовании как полностью гружёного, так и незагруженного вагона, а также высокая себестоимость и металлоёмкость из-за использования только двухрядных пружин.
Наиболее близким аналогом является рессорное подвешивание двухосной тележки грузового вагона, содержащее надрессорную балку, пружинный комплект, фрикционные клинья и ответные им вставки в карманах надрессорной балки, при этом пружинный комплект включает в себя комбинацию двухрядных и однорядных цилиндрических пружин, состоящих из наружных и внутренних пружин, расположенных под надрессорной балкой и под фрикционными клиньями, отличающееся тем, что пружинный комплект включает в себя разновысотные цилиндрические пружины, при этом наружные и внутренние пружины, расположенные под фрикционными клиньями, выполнены с равными между собой высотами и большими по высоте, чем наружные пружины, расположенные под надрессорной балкой, при этом внутренние пружины, расположенные под надрессорной балкой, выполнены меньшими по высоте, чем наружные пружины, расположенные под надрессорной балкой (RU 206251, МПК B61F 5/06, B61F 5/12, F16F 3/04, опубл. 02.09.2021).
Недостатком данного технического решения является неоптимальная жёсткость рессорного подвешивания при использовании фрикционных клиньев, в которых применяются ограничители только наружных пружин. На практике невозможно добиться абсолютной равности высот внутренних и наружных подклиновых пружин, поэтому все пружины имеют допуски. Например, если внутренняя пружина будет изготовлена в плюсовом допуске, а наружная – в минусовом допуске, то наружная пружина не будет полностью контактировать с ограничителем наружной пружины фрикционного клина, что приведёт к недостаточной устойчивости пружины и в целом снизит надёжность тележки грузового вагона.
Проблемой, решаемой заявляемой полезной моделью, является неоптимальная жёсткость рессорного подвешивания при использовании в тележке грузового вагона фрикционных клиньев, в которых применяются ограничители только наружных пружин, при этом обеспечение необходимой жёсткости рессорного подвешивания при использовании как полностью гружёного, так и незагруженного вагона.
Технический результат заключается в повышении надёжности рессорного подвешивания при использовании как полностью гружёного, так и незагруженного вагона, что приводит к улучшению ходовых качеств тележки для грузовых вагонов.
Указанный технический результат достигается тем, что тележка грузового вагона содержит боковые рамы, надрессорную балку со скользунами, колёсные пары, фрикционные клинья, рессорное подвешивание. Рессорное подвешивание тележки грузового вагона содержит два рессорных комплекта, каждый из которых включает двухрядные и однорядную витые цилиндрические пружины, на две пружины опираются фрикционные клинья, а шесть пружин и одна пружина расположены под надрессорной балкой. Наружные и внутренние пружины рессорного подвешивания под фрикционными клиньями имеют разную высоту, при этом высота наружных пружин под фрикционными клиньями в свободном состоянии больше высоты внутренних пружин под фрикционными клиньями  в свободном состоянии на величину, составляющую не более чем 2%. Наружные пружины под надрессорной балкой в свободном состоянии короче наружных пружин под фрикционными клиньями на 3-11%. Внутренние пружины под надрессорной балкой в свободном состоянии короче наружных на 4-11% (фиг. 4). В средней части рессорного комплекта пружин установлена однорядная пружина. Клин фрикционный содержит рабочие наклонную, вертикальную и горизонтальную части. Наклонная часть взаимодействует с вкладышами кармана, приваренными к стенкам кармана надрессорной балки. Внутренняя сторона вертикальной части 5.4 выполнена с ограничителями, представляющими собой радиальные углубления, осуществленными в горизонтальном направлении, при этом радиальное углубление ограничителей повторяет контур наружной поверхности наружной подклиновой пружины. В основании горизонтальной части клина по периметру ограничителей выполнено углубление, которое позволяет исключить скругление литейной формы клина и обеспечить упирание наружной части наружной подклиновой пружины в ограничители нижней части вертикальной части клина. При отсутствии углубления полученный из литейной формы фрикционный клин в месте сопряжения поверхности и наружной вертикальной поверхности ограничителей будет иметь радиусный переход, который будет препятствовать пружине достичь поверхности. В этом случае положение пружины будет неустойчивым, и она будет перемещаться по поверхности, нарушая при этом устойчивый и надежный режим работы рессорного узла.
Расстояние между центрами соседних пружин может составлять 145-150 мм.
Высота наружных пружин под фрикционным клином в свободном состоянии может быть 282-291 мм.
Высота внутренних пружин под фрикционным клином в свободном состоянии может быть 277-286 мм.
Высота наружных пружин под надрессорной балкой в свободном состоянии может быть 262-271 мм.
Высота внутренних пружин под надрессорной балкой в свободном состоянии может быть 242-251 мм.
Полезная модель поясняется графическим материалом:
фигуры 1, 2 – общий вид тележки грузового вагона;
фигура 3 – рессорное подвешивание, вид сверху;
фигура 4 – рессорное подвешивание, вид сбоку;
фигура 5 – статический прогиб под полностью загруженным вагоном и порожним;
фигура 6 – изометрический вид клина фрикционного;
фигура 7 – вид клина фрикционного снизу;
фигура 8 – изометрический вид участка надрессорной балки.
Обозначения на чертежах:
1 – боковая рама;
2 – надрессорная балка;
3 – скользун;
4 – колёсная пара;
5 – фрикционный клин;
6 – рессорное подвешивание;
7 – рессорный комплект;
8 – подклиновые пружины;
9 – двухрядные пружины под надрессорной балкой;
10 – однорядная пружина под надрессорной балкой;
8.1 – наружная подклиновая пружина;
8.2 – внутренняя подклиновая пружина;
L8.1 – высота наружной подклиновой пружины;
L8.2 – высота внутренней подклиновой пружины;
9.1 – наружная пружина под надрессорной балкой;
9.2 – внутренняя пружина под надрессорной балкой;
L9.1 – высота наружных пружин 9.1 под надрессорной балкой;
L9.2 – высота внутренних пружин 9.2 под надрессорной балкой;
5.1 – наклонная часть клина фрикционного 5;
5.2 – вертикальная часть клина фрикционного 5;
5.3 – горизонтальная часть клина фрикционного 5;
5.4 – внутренняя сторона вертикальной части клина фрикционного 5;
5.5 – ограничители наружных подклиновых пружин, содержащиеся в клине фрикционном 5;
5.6 – углубление в основании горизонтальной части 5.3 клина 5 по периметру ограничителей 5.5;
2.1 – карман надрессорной балки 2;
2.2 – вкладыши, приваренные к стенкам кармана 2.1 надрессорной балки 2;
Х – прогиб рессорного комплекта под порожним вагоном;
Х1 – прогиб рессорного комплекта под загруженным вагоном;
L1 – расстояние между центрами соседних пружин.
Тележка грузового вагона (фиг. 1) содержит боковые рамы 1, надрессорную балку 2 со скользунами 3, колёсные пары 4, фрикционные клинья 5, рессорное подвешивание 6 (фиг. 2).
Рессорное подвешивание 6 тележки грузового вагона содержит два рессорных комплекта 7, каждый из которых включает двухрядные 8, 9 и однорядную 10 витые цилиндрические пружины, на две пружины 8 опираются фрикционные клинья 5 (фиг. 3), а шесть пружин 9 и одна пружина 10 расположены под надрессорной балкой 2. Наружная подклиновая пружина 8.1 выполнена высотой L8.1. Внутренняя подклиновая пружина 8.2 выполнена высотой L8.2. Наружные 8.1 и внутренние 8.2 пружины рессорного подвешивания 6 под фрикционными клиньями 5 имеют разную высоту, при этом высота наружных пружин 8.1 под фрикционными клиньями в свободном состоянии больше высоты внутренних пружин 8.2 под фрикционными клиньями 5 в свободном состоянии на величину, составляющую не более чем 2%. Наружные пружины 9.1 под надрессорной балкой 2 в свободном состоянии короче наружных пружин 8.1 под фрикционными клиньями 5 на 3-11%. Внутренние пружины 9.2 под надрессорной балкой 2 в свободном состоянии короче наружных 9.1 на 4-11% (фиг. 4). В средней части рессорного комплекта 7 пружин установлена однорядная пружина 10.
Расчётами установлено, что превышение высоты наружных пружин 8.1 под фрикционными клиньями в свободном состоянии над высотой внутренних пружин 8.2 под фрикционными клиньями 5 в свободном состоянии более чем на 2% приведёт к снижению необходимой для надежной работы вагона жёсткости рессорного комплекта при эксплуатации груженых вагонов.
Расчётами также установлено, что разница высот наружных пружин 9.1 под надрессорной балкой 2 и наружных пружин 8.1 под фрикционными клиньями 5 менее 3% и более 11%, а также разница высот внутренних пружин 9.2 под надрессорной балкой и наружных 9.1 менее 4% и более 11% обусловит жесткость рессорного подвешивания, которая является недопустимой при эксплуатации порожних и гружёных вагонов. Так, значения менее указанных нижних пределов недопустимы при эксплуатации порожних вагонов, а значения более указанных верхних пределов недопустимы при эксплуатации груженых вагонов.
В зависимых пунктах 3-8 приведены конкретные параметры пружин рессорного подвешивания заявляемой тележки, в отношении которых был подтвержден заявленный технический результат в процессе моделирования и расчетов.
Расстояние L1 между центрами соседних пружин может составлять 145-150 мм (фиг. 3).
Высота L8.1 наружных 8.1 пружин под фрикционным клином 5 в свободном состоянии может быть 282-291 мм.
Высота L8.2 внутренних 8.2 пружин под фрикционным клином 5 в свободном состоянии может быть 277-286 мм.
Высота L9.1 наружных пружин 9.1 под надрессорной балкой 2 в свободном состоянии может быть 262-271 мм.
Высота L9.2 внутренних пружин 9.2 под надрессорной балкой 2 в свободном состоянии может быть 242-251 мм.
Параметры высоты внутренних и наружных пружин подобраны расчётами и позволяют обеспечить необходимый технический результат, что подтверждено практическими испытаниями тележки с данной конструкцией рессорного подвешивания.
Клин фрикционный 5 (фиг. 6, 7) содержит рабочие наклонную 5.1, вертикальную 5.2 и горизонтальную части 5.3. Наклонная часть 5.1 взаимодействует с вкладышами 2.2 (фиг. 8) кармана 2.1, приваренными к стенкам кармана 2.1 надрессорной балки 2.
Внутренняя сторона вертикальной части 5.4 (фиг. 7) выполнена с ограничителями 5.5, представляющими собой радиальные углубления, осуществленными в горизонтальном направлении, при этом радиальное углубление ограничителей 5.5 повторяет контур наружной поверхности наружной подклиновой пружины 8.1.
В основании горизонтальной части 5.3 клина 5 по периметру ограничителей 5.5 выполнено углубление 5.6 (фиг. 7), которое позволяет исключить скругление литейной формы клина 5 и обеспечить упирание наружной части наружной подклиновой пружины 8.1 в ограничители 5.5 нижней части вертикальной части 5.4 клина. При отсутствии углубления 5.6 полученный из литейной формы фрикционный клин в месте сопряжения поверхности 5.3 и наружной вертикальной поверхности ограничителей 5.5 будет иметь радиусный переход, который будет препятствовать пружине достичь поверхности 5.3. В этом случае положение пружины будет неустойчивым, и она будет перемещаться по поверхности 5.3, нарушая при этом устойчивый и надежный режим работы рессорного узла.
Наружные 8.1 и внутренние 8.2 пружины рессорного подвешивания под фрикционными клиньями имеют разную высоту, при этом высота наружных пружин 8.1 под фрикционными клиньями в свободном состоянии больше высоты внутренних пружин 8.2 под фрикционными клиньями в свободном состоянии на величину, составляющую не более чем 2%. На практике невозможно добиться точно равной высоты наружной и внутренней подклиновых пружин, незначительное превышение высоты внутренней пружины 8.2 над наружной пружиной 8.1, даже в пределах допуска, может привести к тому, что наружная пружина 8.1 не будет полностью контактировать с ограничителем 5.5 наружной пружины фрикционного клина и горизонтальной частью 5.3 клина 5, что приведёт к недостаточной устойчивости пружины и в целом снизит надёжность тележки грузового вагона. Применение наружных пружин 8.1 высотой, превышающей высоту внутренних пружин 8.2 на величину, составляющую не более чем 2%, является «подушкой безопасности», которая на практике использования тележки, при изготовлении или при проведении ремонта тележки, предотвращает возможность неустойчивости положения подклиновой пружины.
Наличие ограничителей 5.5 и использование наружных подклиновых пружин 8.1 высотой, превышающей высоту внутренних подклиновых пружин 8.2, позволяет отказаться от сложной конструкции ограничителей смещения верхней части подклиновой пружины и при этом обеспечивает надёжную фиксацию верха пружины.
При постановке на тележку порожнего вагона работают подклиновые пружины 8 и наружные пружины 9.1 под надрессорной балкой 2. Таким образом, под порожним и малозагруженным вагоном между надрессорной балкой 2 и внутренними пружинами 9.2 имеется зазор. При загрузке вагона работают все пружины рессорного комплекта 7. На фигуре 5 показаны прогиб Х рессорного комплекта под порожним вагоном и прогиб Х1 рессорного комплекта под загруженным вагоном. Разность прогибов (Х1-Х) рессорного комплекта 7 в тележке под полностью загруженным вагоном и порожним вагоном не превышает 55 мм, что обеспечивает надёжную работу и высокие эксплуатационные характеристики тележки грузового вагона с данной конструкцией рессорного подвешивания 6.
Пример использования
При использовании наружных и внутренних подклиновых пружин одинаковой высоты на практике выявлялись случаи превышения высоты внутренних пружин над высотой наружных пружин, что являлось следствием изготовления внутренних пружин в плюсовом допуске. Так как фрикционный клин не предусматривал ограничителя внутренней пружин, в целом, такие случаи приводили к нарушению устойчивости подклиновой пружины, что снижало эксплуатационные характеристики. Чтобы избежать такой ситуации, конструкцией тележки было предусмотрено превышение высоты наружных подклиновых пружин над высотой внутренних подклиновых пружин. Такая практика позволила повысить устойчивость подклиновых пружин и соответственно повысить надёжность тележек грузовых вагонов.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет повысить эксплуатационные характеристики за счёт обеспечения оптимальной жёсткости рессорного подвешивания при использовании как полностью гружёного, так и незагруженного вагона, что приводит к улучшению ходовых качеств тележки для грузовых вагонов.