НАДРЕССОРНАЯ БАЛКА
BOLSTER

Изобретение относится к железнодорожному подвижному составу, в частности к конструкции надрессорных балок тележек грузовых вагонов.
Известна конструкция литой надрессорной балки [И.Ф.Пастухов, В.В.Лукин, Н.И.Жуков «Вагоны», М., Транспорт, 1988, стр.76]. Она имеет замкнутое коробчатое сечение и изготавливается вместе с подпятником, полкой для крепления кронштейна мертвой точки, рычажной передачи тормоза, опорами скользунов, выемками для размещения фрикционных клиньев, буртами, ограничивающими смещение внутренних пружин рессорного комплекта, и выступами, удерживающими наружные пружины от смещения при движении тележки.
Недостатком данной конструкции является низкая износостойкость подпятникового узла, вызывающая дополнительные расходы на ремонт, лимитирование межремонтных сроков.
Также известна конструкция центральной опоры железнодорожного вагона [US, патент №3713710 от 30.01.1973 г.], включающая в себя надрессорную балку с подпятником. На зеркале подпятника установлена износостойкая пластина, а бурт подпятника защищен с помощью фиксируемых полуколец. Полукольца зафиксированы с помощью сварки по стыкам и посредством вспомогательных элементов крепятся к бурту подпятника для фиксации от вертикальных перемещений. Вспомогательные элементы могут быть выполнены в виде планок, вставляемых в пазы полуколец и привариваемых к бурту подпятника, выступов на полукольцах или бурте, вставляемых в аналогичные углубления ответной части или запрессованных в подпятник, к которым крепятся полукольца.
Недостатком данной конструкции является необходимость механической обработки подпятника с большой степенью точности. Сложность изготовления и установки полуколец, а также невозможность их быстрой замены при ремонте надрессорной балки. Вместе с этим возникают сложности при сварке полуколец между собой и буртом из-за различной степени свариваемости износостойкого материала полуколец и металла надрессорной балки, что приводит к появлению трещин при нагружении конструкции.
Также известна конструкция центральной опоры железнодорожного вагона [US, патент №4289077 от 24.05.1979 г.], включающая в себя надрессорную балку, в подпятник которой устанавливается износостойкая чаша, изготовленная из полимерного материала. Днище чаши выполнено из армированного полимерного материала, имеющего металлическую структуру. Данная чаша крепится в подпятнике с помощью клея.
К недостатку этой конструкции относится сложность замены чаши при ремонте надрессорной балки, так как клеевые соединения необходимо нагревать для разъединения, при повторной установке чаши требуются большие подготовительные работы, связанные с очисткой, в том числе от старого клея, склеиваемых поверхностей.
Также известна конструкция подпятникового узла тележки грузового вагона [RU, патент №2201879 от 10.04.2003 г.], включающая в себя надрессорную балку, в подпятник которой устанавливается износостойкая чаша с натягом внутри наружного бурта с плотным прилеганием к плоскости подпятникового места.
Данная конструкция предполагает изготовление сопрягаемых деталей с высокой точностью и, как следствие, требует точной механической обработки подпятника надрессорной балки. Кроме того, при установке чаши необходимо специальное оборудование для нагрева надрессорной балки и осаживания чаши в нагретый подпятник. В случае несоблюдения технологического процесса возможна перекалка бурта подпятника и, как следствие, его разрушение при эксплуатации. Замена износостойкой чаши при ремонте надрессорной балки весьма трудоемка. Необходимо также наличие и в вагоноремонтных депо нагревательного оборудования, установок для извлечения и для монтажа чаши в подпятник. Вместе с этим исключено многократное использование одной и той же чаши в связи с тем, что она устанавливается в подпятник с натягом, что в результате приводит к прослаблению сопрягаемых поверхностей чаши и балки.
Прототипом заявляемого изобретения выбрана надрессорная балка [RU, патент №33076 от 10.10.2003 г.], выполненная в виде бруса, равного сопротивлению изгиба, состоящего из опорных поверхностей, расположенных по краям нижнего пояса, соединенного с верхним поясом, в средней части которого выполнен подпятник с установленной чашей из износостойкого материала, по краю бурта которой выполнены вырезы, заплавляемые материалом, сходным по характеристикам с материалом надрессорной балки, а в местах соединения днища и бурта чаши выполнены отверстия для извлечения чаши из подпятника при ремонте.
В процессе эксплуатации в виду того, что заплавляемый металл имеет твердость меньшую, чем твердость чаши, возможен срез наплавленных выступов от сил поворота, действующих на чашу, и выпадение чаши из подпятника при соударениях на сортировочных горках и разгрузке на вагоноопрокидывателях. Также при ремонте подпятника надрессорной балки необходимо наличие специального инструмента и затраты времени для удаления наплавленного металла, кроме того, при удалении наплавленного металла не исключены подрезы основного металла бурта подпятника, требующие восстановления, во избежание ослабления сечения бурта, которое может в дальнейшем привести к его разрушению при эксплуатации.
Как и у всех вышеописанных конструкций, в процессе эксплуатации у прототипа наблюдается износ отверстия опорной колонки, в котором размещен шкворень.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании конструкции надрессорной балки, обеспечивающей легкость установки и снятия износостойкой чаши, ограничивающей перемещение чаши в вертикальном направлении, а также возможность устанавливать в подпятник сменную чашу, изготовленную из неметаллического материала.
Поставленная задача решается следующим образом.
В отверстие под шкворень опорной колонки вставлена втулка, внутренняя поверхность которой, взаимодействующая со шкворнем, имеет твердость большую, чем твердость основного материала. Втулка может быть выполнена из неметаллического материала. Высота втулки больше толщины подпятникового места в зоне отверстия под шкворень. На одном конце втулки, на ее наружной поверхности, выполнен кольцевой бурт, контактирующий со сменной чашей, установленной в подпятник. В углу между кольцевым буртом и наружной поверхностью втулки выполнен один или несколько расположенных по диаметру выступов, а в чаше и в зеркале подпятника имеются пазы для размещения указанных выступов. С другого конца втулки, размещенного внутри надрессорной балки, выполнены продольные вырезы по направлению продольной оси втулки, расположенные равномерно по ее диаметру. На наружной поверхности втулки, в зоне, ограниченной высотой продольных вырезов, имеется кольцевой паз, выполненный на уровне внутренней поверхности подпятникового места, в зоне отверстия под шкворень. В кольцевом пазу установлено разрезное кольцо, проходящее через отверстия фиксаторов, размещенных в продольных вырезах втулки. Концы разрезного кольца заходят внахлест друг за друга. Фиксаторы выполнены в виде многоугольника с отверстием, расположенным в углу не менее 55°. При установке шкворня во втулку фиксаторы, поворачиваясь на разрезном кольце, перемещаются в продольных пазах и выходят за наружную поверхность втулки на диаметр, больший диаметра отверстия в надрессорной балке под шкворень, ограничивая вертикальное перемещение втулки и сменной износостойкой чаши.
Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что надрессорная балка железнодорожной тележки выполнена в виде бруса замкнутого коробчатого сечения, равного сопротивлению изгиба, состоящего из опорных поверхностей, расположенных по краям нижнего пояса, соединенного стенками с верхним поясом, в средней части которого имеется опорная колонка с подпятниковым местом. В подпятник установлена сменная чаша из износостойкого материала, контактирующая с кольцевым буртом, выполненным на наружной поверхности верхнего конца втулки, вставленной в отверстие под шкворень, имеющееся в опорной колонке. Внутренняя поверхность втулки, взаимодействующая со шкворнем, имеет твердость большую, чем твердость основного материала. Втулка может быть изготовлена из неметаллического материала и выполнена большей высоты, чем толщина подпятникового места, в зоне отверстия под шкворень. В углу между кольцевым буртом и наружной поверхностью втулки выполнен один или несколько расположенных по диаметру выступов, а в чаше и опорной поверхности подпятника имеются пазы для размещения указанных выступов. На другом конце втулки выполнены продольные вырезы, равномерно расположенные по диаметру и ориентированные по направлению продольной оси втулки. На наружной поверхности втулки, в зоне, ограниченной высотой продольных вырезов, выполнен кольцевой паз, расположенный на уровне внутренней поверхности подпятникового места, в зоне отверстия под шкворень. В кольцевой паз втулки вставлено разрезное кольцо, проходящее через отверстия фиксаторов. Фиксаторы, размещенные в продольных вырезах втулки, поворачиваются на разрезном кольце, концы которого выполнены внахлест друг за друга. Каждый из фиксаторов выполнен в виде многоугольника с расположенным в углу не менее 55° отверстием под кольцо. После установки шкворня во втулку фиксаторы выступают за наружную поверхность втулки на диаметр, больший диаметра отверстия под шкворень в надрессорной балке.
Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, на которых изображены:
фиг.1 - надрессорная балка со шкворнем в сборе с чашей и втулкой с фиксаторами с разрезом по центральной продольной плоскости;
фиг.2 - надрессорная балка, вид сверху;
фиг.3 - втулка с кольцевым буртом и продольными вырезами в аксонометрической проекции;
фиг.4 - втулка в сборе с установленными в нее фиксаторами на разрезном кольце;
фиг.5 - сменная чаша из износостойкого материала в аксонометрической проекции;
фиг.6 - разрезное кольцо в аксонометрической проекции;
фиг.7 - фиксатор, вид спереди.
1
2
2
1
Надрессорная балка состоит из верхнего 1 и нижнего 2 поясов, соединенных между собой стенками 3. По краям нижнего пояса 2 расположены опорные поверхности рессорного комплекта, а в центре верхнего пояса 1 выполнена опорная колонка 4 с подпятником 5. В подпятнике 5 установлена сменная чаша 6 из износостойкого материала. В отверстие 7 под шкворень 8 опорной колонки 4 вставлена втулка 9. Диаметр D отверстия 7 под шкворень 8 в надрессорной балке увеличен до наружного диаметра D втулки 9, размер внутреннего диаметра d которой близок к диаметру d шкворня 8. Высота Н втулки 9 больше толщины S подпятникового места 10 опорной колонки 4, в зоне отверстия 7 под шкворень 8. Сверху втулки 9 на ее наружной поверхности 11 выполнен кольцевой бурт 12, контактирующий со сменной чашей 6 после установки втулки 9 в отверстие 7 надрессорной балки. В углу между кольцевым буртом 12 и наружной поверхностью 11 втулки 9 по диаметру имеются выступы 13, входящие в ответные пазы 14 и 15, выполненные в сменной чаше 6 и подпятникового места 10 опорной колонки 4 соответственно. На нижнем конце втулки 9, находящемся внутри надрессорной балки, выполнены продольные вырезы 16 по направлению продольной оси втулки 17 и равномерно расположенные по диаметру. На наружной поверхности 11 втулки 9, в зоне, ограниченной высотой h продольных вырезов 16, имеется кольцевой паз 18, выполненный на уровне внутренней поверхности 19 подпятникового места 10 в зоне отверстия 7 под шкворень 8. В кольцевом пазу 18 установлено разрезное кольцо 20, концы которого выполнены внахлест друг за друга. Разрезное кольцо 20 проходит через отверстие 21 фиксаторов 22, размещенных в продольных вырезах 16 и поворачивающихся на разрезном кольце 20. Фиксаторы 22 выполнены в виде плоского треугольника с отверстием 21, расположенным в углу α не менее 55°.
2
Сборка данного узла происходит в следующем порядке. Фиксаторы 22 устанавливаются на разрезное кольцо 20, которое помещается в кольцевой паз 18 втулки 9, таким образом, чтобы каждый из фиксаторов 22 оказался в своем продольном вырезе 16 втулки 9. Далее в подпятник 5 вставляется сменная чаша 6, а затем устанавливается продольными пазами 17 вниз втулка 9, собранная с фиксаторами 22, в отверстие 7 опорной колонки 4. В момент прохождения отверстия 7 фиксаторы 22, поворачиваясь, смещаются к продольной оси 17 втулки 9 от наружной поверхности 11. Втулка 9 упирается кольцевым буртом 12 в сменную чашу 6, а фиксаторы 22 после установки шкворня 8 во втулку 9, поворачиваясь, смещаются в сторону от продольной оси 17 втулки 9 и выступают за ее наружную поверхность 11 на диаметр больший, чем диаметр d отверстия 7 под шкворень 8 в надрессорной балке. Тем самым ограничивается вертикальное перемещение и втулки 9, и износостойкой чаши 6.
Разборка узла происходит в обратной последовательности.
Технический результат от использования заявляемого изобретения заключается в том, что создана конструкция надрессорной балки, обеспечивающая легкость установки износостойкой чаши в подпятник и ее извлечение при ремонте без использования механообрабатывающего, нагревательного или сварочного процесса. Кроме того, заявляемая конструкция предполагает также возможность установки и крепления износостойкой чаши, изготовленной из неметаллического материала. Вместе с этим данная конструкция позволяет проводить модернизацию находящихся в эксплуатации надрессорных балок в деповских условиях путем рассверловки отверстия под шкворень и установки износостойкой чаши с предлагаемым креплением.
Установка в отверстие опорной колонки надрессорной балки втулки высотой большей, чем толщина опорной поверхности опорной колонки в зоне отверстия под шкворень, на одном конце которой на наружной поверхности имеется кольцевой бурт, контактирующий с износостойкой чашей, а на другой выполнены продольные вырезы, ориентированные по направлению продольной оси втулки, в которых перемещаются фиксаторы, вращающиеся на кольце, установленном в кольцевом пазу, выполненном на одном уровне с внутренней поверхностью опорной колонки, в зоне отверстия под шкворень, на наружной поверхности втулки, в зоне, ограниченной высотой продольных вырезов, обеспечивает ограничение вертикального перемещения сменной чаши за счет того, что после установки шкворня во втулку фиксаторы, поворачиваясь, перемещаются за наружную поверхность втулки, тем самым исключая ее выпадение из отверстия надрессорной балки, а кольцевой бурт втулки ограничивает перемещение чаши.
Установка в рассверленное отверстие под шкворень втулки, выполненной из неметаллического материала, исключает износ надрессорной балки от воздействия шкворня, а повышенная твердость внутренней поверхности втулки, контактирующей со шкворнем, исключает износ самой втулки. Такие свойства втулки могут быть достигнуты путем отливки ее, например, из эластомерных материалов с различной твердостью.
Наличие в углу втулки между кольцевым буртом и ее наружной поверхностью выступов, расположенных по диаметру, а также пазов, выполненных в опорной поверхности опорной колонки для размещения указанных выступов, позволяет ограничить вращение втулки и сменной чаши в подпятнике.
Выполнение кольца разрезным обеспечивает легкость установки его в паз втулки, а также легкость установки фиксаторов на кольцо. За счет того, что концы разрезного кольца выполнены внахлест друг за друга, исключается его проворачивание в пазу и возможное спадание фиксаторов с кольца.
Изготовление фиксаторов в виде многоугольника с отверстием под кольцо, размещенным в углу не менее 55°, обеспечивает простоту их изготовления с помощью несложного штампа, кроме того, такая конструкция фиксатора обеспечивает необходимый контакт его со шкворнем и внутренней поверхностью опорной колонки, имеющей литейные неровности и наплывы, минимальный ход втулки и чаши в вертикальном направлении после монтажа.
В настоящее время на данную конструкцию надрессорной балки разработана конструкторская документация, по которой изготовлены опытные образцы, готовящиеся к необходимым испытаниям.