ДВУХРЯДНАЯ ПРУЖИНА ДЛЯ БОКОВОЙ ОПОРЫ ТЕЛЕЖКИ ГРУЗОВОГО ВАГОНА

Заявляемая полезная модель относится к железнодорожному транспорту, касается конструктивных элементов боковых опор тележек грузового вагона, в частности, упругих элементов для боковых опор тележки грузового вагона.
1
Известна конструкция упругого элемента боковой опоры грузовой тележки [патент РФ на полезную модель № 198369, опубликованная 02.07.2020г.]. Упругий элемент выполнен в виде втулки с центральным базирующим отверстием. Для увеличения площади верхнего опорного торца верхний конец упругой втулки выполнен ввиде опорного фланца с увеличенным наружным диаметром D, который превышает наружный диаметр d средней части упругой втулки на 10-40%. Своим нижним концом упругая втулка установлена на опорное основание, выполненное с направляющим пальцем для базирования упругой втулки, наружный диаметр опорного основания D равен или превышает диаметр D опорного фланца упругой втулки.
Недостатками вышеописанной конструкции является сложная конфигурация упругого элемента, состоящего из нескольких компонентов различной формы, что увеличивает трудозатраты на изготовления упругих элементов. Также недостатком являются большие габариты коробчатого корпуса боковой опоры, использование двух комплектов упругих элементов, крепление коробчатого основания к надрессорной балке выполнено внутри коробчатого корпуса, что исключает возможность быстрого демонтажа боковой опоры без снятия опорного колпака и удаления упругих элементов.
Кроме того, известна конструкция опорного скользуна тележки железнодорожного вагона [патент РФ на полезную модель № 180826, опубликованная 26.06.2018г.]. Скользун тележки грузового вагона содержит корпус с направляющим отверстием, опирающийся на пластину, в корпусе установлен опорный стакан с верхней торцевой стенкой, подпружиненный наружной и внутренней пружинами, размещёнными между верхней торцевой стенкой опорного стакана и пластиной. Наружная и внутренняя пружины выполнены равной высоты, находящейся в диапазоне от 130 до 140 мм. Наружная пружина выполнена с правой навивкой и может иметь число рабочих витков, равное от 3,3 до 3,8, при этом индекс пружины может быть равен от 4,9 до 5,1, а жёсткость пружины может находиться в диапазоне от 416,79 до 483,86 кН/м. Внутренняя пружина выполнена с левой навивкой, имеет число рабочих витков от 5,2 до 6,5, индекс пружины может быть равен от 4,2 до 4,8, а жёсткость пружины может находиться в диапазоне от 191,95 до 234,03 кН/м.
Данная конструкция выбрана в качестве прототипа для заявляемой полезной модели.
Недостатком вышеописанной конструкции является то, что в соответствии с требованиями ГОСТ 9246-2013 «Тележки двухосные трехэлементные грузовых вагонов железных дорог колеи 1520 мм. Общие технические условия» высота скользуна постоянного контакта, должна быть не более 130 мм, а высота пружины скользуна в свободном состоянии может быть на 10 мм больше установочной высоты, следовательно, в пружины первоначально заложены повышенные напряжения, что уменьшит ресурс эксплуатации пружин и скользуна в целом, а также уменьшит эксплуатационную надежность боковой опоры грузовой тележки.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в создании конструкции двухрядной пружины, геометрические характеристики которой позволят создать боковую опору тележки грузового вагона, обеспечивающую эксплуатационную надежность и увеличение прочностных качеств боковой опоры тележки, в сочетании с оптимальной металлоемкостью пружин, входящих в двухрядную пружину, а также обеспечивающую выполнение требований ГОСТ 9246-2013 и ГОСТ 34387-2018.
Поставленная задача решается путём того, что в боковую опору тележки грузового вагона установлена двухрядная пружина, в которой сумма индексов наружной и внутренней пружин составляет интервал от 9,312 до 10,038. Также у наружной пружины средний диаметр составляет интервал от 106 до 112 мм, угол подъема оси винтового бруса составляет интервал от 5,577 до 6,309 градусов, а длина оси рабочей части винтового бруса составляет интервал от 964,7 до 1101,0 мм. Вместе с этим, у внутренней пружины средний диаметр составляет интервал от 58 до 64 мм, угол подъема оси винтового бруса составляет интервал от 5,240 до 6,341 градусов, а длина оси рабочей части винтового бруса составляет интервал от 1041,2 до 1270,1 мм.
Сущность предлагаемой конструкции заключается в том, что двухрядная пружина для боковой опоры тележки грузового вагона содержит наружную и внутреннюю пружины, при этом каждая пружина выполнена цилиндрической винтовой, представляющей собой брус, ось которого расположена на поверхности образующего цилиндра по винтовой линии, с рабочими и опорными витками, вместе с этим, сумма индексов наружной и внутренней пружин составляет интервал от 9,312 до 10,038, причем у наружной пружины средний диаметр составляет интервал от 106 до 112 мм, угол подъема оси винтового бруса составляет интервал от 5,577 до 6,309 градусов, а длина оси рабочей части винтового бруса составляет интервал от 964,7 до 1101,0 мм, также у внутренней пружины средний диаметр составляет интервал от 58 до 64 мм, угол подъема оси винтового бруса составляет интервал от 5,240 до 6,341 градусов, а длина оси рабочей части винтового бруса составляет интервал от 1041,2 до 1270,1 мм.
Кроме того, наружная и внутренняя пружины выполнены из стали с пределом текучести не менее 1470 МПа.
Также наружная и внутренняя пружины выполнены с противоположным друг другу направлением навивки.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежом:
на Фиг. 1 – двухрядная пружина для боковой опоры тележки грузового вагона.
Двухрядная пружина для боковой опоры тележки грузового вагона содержит наружную 1 и внутреннюю 2 пружины. Каждая пружина 1, 2 выполнена цилиндрической винтовой, представляющей собой брус, ось которого расположена на поверхности образующего цилиндра по винтовой линии, с рабочими 4 и опорными 3 витками. Сумма индексов наружной 1 и внутренней 2 пружин составляет интервал от 9,312 до 10,038. У наружной пружины 1 средний диаметр (D) составляет интервал от 106 до 112 мм, угол подъема оси винтового бруса составляет интервал от 5,577 до 6,309 градусов, а длина оси рабочей части винтового бруса составляет интервал от 964,7 до 1101,0 мм. У внутренней пружины 2 средний диаметр (d) составляет интервал от 58 до 64 мм, угол подъема оси винтового бруса составляет интервал от 5,240 до 6,341 градусов, а длина оси рабочей части винтового бруса составляет интервал от 1041,2 до 1270,1 мм.
Наружная 1 и внутренняя 2 пружины, выполнены из стали с пределом текучести не менее 1470 МПа. Также наружная 1 и внутренняя 2 пружины выполнены с противоположным друг другу направлением навивки.
Технический результат от заявляемой полезной модели заключается в повышении эксплуатационной надежности двухрядной пружины боковой опоры тележки грузового вагона, в сочетании с оптимальной металлоемкостью пружины и обеспечении выполнения требований ГОСТ 9246-2013 и ГОСТ 34387-2018, что позволяет обеспечить заданное перемещение кузова железнодорожного вагона относительно тележек вагона в повороте или на прямых участках магистральных путей, в сочетании с повышением уровня ремонтопригодности, с уменьшением себестоимости и трудоёмкости изготовления и ремонта в эксплуатации боковой опоры тележки грузового вагона.
Боковая опора тележки грузового вагона с установленной двухрядной пружиной, в которой сумма индексов наружной и внутренней пружин составляет интервал от 9,312 до 10,038, причем у наружной пружины средний диаметр составляет интервал от 106 до 112 мм, угол подъема оси винтового бруса составляет интервал от 5,577 до 6,309 градусов, а длина оси рабочей части винтового бруса составляет интервал от 964,7 до 1101,0 мм, вместе с этим, у внутренней пружины средний диаметр составляет интервал от 58 до 64 мм, угол подъема оси винтового бруса составляет интервал от 5,240 до 6,341 градусов, а длина оси рабочей части винтового бруса составляет интервал от 1041,2 до 1270,1 мм, обеспечивает запас от уровня напряжений, возникающих в пружинах боковой опоры тележки от эксплуатационных нагрузок, до уровня допускаемых напряжений для сталей, из которых изготовлены пружины, не менее чем на 12,9% и не более чем на 40,3%. Как следствие, при увеличении запаса по напряжениям в пружине до допускаемых значений, снижается вероятность излома ее прутков и выхода из строя боковой опоры тележки в эксплуатации.
В подтверждение данного утверждения, в таблице 1 приведены, из множества вариантов, несколько возможных вариантов изготовления двухрядных пружин боковой опоры тележки грузового вагона.
Выполнение наружной и внутренней пружин в двухрядной пружине с противоположной навивкой при смещении пружин относительно базовых мест установки исключает попадание витков пружины в пространство между витками соседней пружины, что снижает вероятность излома пружин.
В настоящее время на заявляемую полезную модель разработана конструкторская документация и проведены всесторонние испытания опытных образцов, начат выпуск установочной партии вагонов с установленными двухрядными пружинами.
Таблица 1 –Выборочные варианты возможных двухрядных пружин боковой опоры тележки грузового вагона
Вариант
Средний диаметр витка D, мм
Угол подъема оси, α
Длина оси рабочей части бруса, мм
Индекс пружины
Напряжения в пружине по I режиму/ III режиму, при замыкании ограничителя хода, МПа
Предел текучести материала пружины, МПа
Допускаемые напряжения в пружине, МПа
1.
109
5,891
1032,8
4,955
749,0/
1470
1000/
607,3
800
61
5,958
1107,9
4,692
752,8/
1000/
606,3
800
2.
109
6,036
998,6
4,739
781,7/
1000/
664,3
800
61
5,958
1107,9
4,692
752,8/
1000/
606,3
800
3.
109
5,946
1032,9
5,19
783,3/
1000/
573,1
800
61
5,958
1107,9
4,692
752,8/
1000/
606,3
800
4.
109
5,891
1032,8
4,955
749,0/
1000/
607,3
800
61
6,173
1060,2
4,357
789,5/
1000/
696,6
800
5.
109
5,891
1032,8
4,955
749,0/
1000/
607,3
800
61
6,009
1108
5,083
804,2/
1000/
548,3
800
6.
112
5,734
1060,9
5,091
704,7/
1000/
571,3
800
63
5,77
1143,8
4,846
699,8/
1000/
563,6
800
7.
106
6,057
1004,6
4,818
797,7/
1000/
646,7
800
61
5,958
1107,9
4,692
752,8/
1000/
606,3
800
8.
109
5,891
1032,8
4,955
749,0/
1000/
607,3
800
64
5,681
1161,8
4,923
675,4/
1000/
544
800
9.
109
5,891
1032,8
4,955
749,0/
1000/
607,3
800
58
6,264
1054
4,462
844,1/
1000/
679,8
800
Продолжение таблицы 1
Вариант
Средний диаметр витка D, мм
Угол подъема оси, α
Длина оси рабочей части бруса, мм
Индекс пружины
Напряжения в пружине по I режиму/ III режиму, при замыкании ограничителя хода, МПа
Предел текучести материала пружины, МПа
Допускаемые напряжения в пружине, МПа
10.
109
5,577
1101
5,19
659,1/
1470
1000/
537,3
800
61
5,958
1107,9
4,692
752,8/
1000/
606,3
800
11.
109
6,309
964,7
4,955
897,9/
1000/
650,7
800
61
5,958
1107,9
4,692
752,8/
1000/
606,3
800
12.
109
5,891
1032,8
4,955
749,0/
1000/
607,3
800
61
5,24
1270,1
5,083
538,2/
1000/
477,7
800
13.
109
5,891
1032,8
4,955
749,0/
1000/
607,3
800
61
6,341
1041,2
4,692
899,5/
1000/
645,6
800
14.
109
5,996
1033
4,955
787,5/
1000/
645,8
800
61
6,056
1108,1
4,692
791,2/
1000/
644,7
800
15.
109
5,67
1032,4
4,955
668,0/
1000/
526,3
800
61
5,752
1107,5
4,692
671,9/
1000/
525,4
800