КОЛЕСНАЯ ПАРА С ИЗМЕНЯЕМОЙ ФРИКЦИОННО-УПРУГОЙ СВЯЗЬЮ МЕЖДУ КОЛЕСАМИ
MOUNTED AXLE WITH VARIABLE FRICTION-FLEXIBLE LINKAGE BETWEEN WHEELS

Изобретение предназначено для применения на железнодорожном транспорте и относится к ходовым частям вагона. Данное изобретение предназначено для уменьшения износа деталей узла «колесо-рельс» и повышения производительности колесной пары вагона с фрикционно-упругой связью.
Основным прототипом данной колесной пары является колесная пара вагона с фрикционно-упругой связью между колесами. Рассматриваемая колесная пара состоит из оси дифференциального исполнения, на подступичные шейки, которой напрессованы колеса 1. Ось дифференциального исполнения состоит из двух полуосей с полостью 2 и сплошного сечения 3 (фиг. 1). Полуось сплошного сечения 3 выполняют цельной вместе с упорным буртом 4, выступами 5 и тремя шейками для посадки радиальных 6, 8 и упорного 7 подшипников скольжения (фиг. 2).
Подшипник скольжения 8 вместе с лабиринтным кольцом 9 насаживаются со стороны колеса на полуось 3 до упора в бурт 4, на другом конце полуоси 3 на шейки производится монтаж радиального 6 и упорного 7 подшипников скольжения, которые закрываются стаканом 10 (фиг. 2).
Крышка 11 за счет выполненных на внутренней стороне проточек образует с лабиринтным кольцом 9 уплотнение (лабиринт), которое защищает подшипники от попадания пыли, влаги и грязи. Своим выступом крышка упирается в наружное кольцо подшипника 8. Независимость вращения колес у колесной пары обеспечивается подшипниками 6, 7 и 8.
Оптимальная работа прототипа конструкции колесной пары предполагается в компромиссе между типовой колесной парой с жестко насаженными на ось колесами и свободно вращающимися на оси колесами, что обеспечивается фрикционно-упругой связью между угловыми скоростями колес путем включения между полуосями 2 и 3 упругого эластомерного элемента 13.
Для надежного закрепления к внутренней поверхности цилиндрической полости полуоси 2 упругий эластомерный элемент 13 устанавливается в плотную к краю стакана 10, так чтобы он своими пазами 14 входил в направляющие стакана 15 (фиг. 2). На внутренней цилиндрической поверхности упругого эластомерного элемента 13 располагаются упругие выступы 16, которые входят в зацепление с выступами 5, которые располагаются на полуоси 3.
К недостаткам данной конструкции колесной пары как прототипа можно отнести следующее:
1. Большая трудозатратность при необходимости изменения величины момента сопротивления поворота между колесами у колесной пары. Величина момента зависит от параметров зацепления (толщина, длина, высота, гибкость) между собой выступов 5 и 16, в результате чего при необходимости изменения величины момента сопротивления поворота между колесами у колесной пары необходимо изготавливать новую основную (несущую) деталь - полуось сплошного сечения 3, что является достаточно трудоемким процессом.
2. Конструкция колесной пары прототипа трудозатратна при ее изготовлении и техническом обслуживании в эксплуатации, т.к. полуось сплошного сечения 3 имеет часть со сложной поверхностью из-за необходимости выполнения выступов 5. Так же в случае излома одного или нескольких выступов 5 необходимо производить полную замену полуоси сплошного сечения, что опять же является трудоемким процессом.
3. Неразрушающий контроль конструкции колесной пары прототипа возможен только при выкатке колесной пары из под подвижного состава и ее частичной или полной разборке в ремонтном депо. При этом депо, в котором проводятся данные работы, должно имеет специальное оборудование.
Для устранения вышеперечисленных недостатков предлагается колесная пара с изменяемой фрикционно-упругой связью между колесами. Ось у предлагаемой колесной пары состоит из двух полуосей 18 и 19 (фиг. 3), на подступечные шейки которых насаживаются колеса 17. На полуоси 19 выполняется упорный бурт 20 и три шейки для посадки радиальных 22, 23 и упорного 21 подшипников скольжения. В оси предлагаемой колесной пары выполняется сквозное отверстие 34 диаметром ⌀d, которое проходит через всю колесную пару. Исполнение сквозного отверстия в оси предлагаемой колесной пары позволит уменьшить массу предлагаемой колесной пары без потери запаса прочности, так как при равных наружных диаметрах цилиндрические детали полного сечения обладают меньшей массой в сравнении с цилиндрическими деталями сплошного сечения при одинаковой прочности (момента сопротивления изгибу и кручению по сечениям). Предлагаемая колесная пара со сквозным отверстием ⌀d в оси легче прототипа более чем на 5%, что уменьшает тару вагона и вредное воздействие необрессоренных частей на рельсовый путь. Диаметр ⌀d отверстия 34 исполняется таким образом, чтобы была возможность обеспечения прохода через отверстие чувствительных элементов дефектоскопных приборов. За счет выполнения отверстия 34 можно проводить неразрушающий контроль колесной пары без ее выкатки из под подвижного состава, а так же без необходимости частичной или полной разборки колесной пары в ремонтном депо, в результате чего появляется возможность проводить неразрущающий контроль предлагаемой колесной пары в процессе эксплуатации, при этом время, затраченное на сам контроль, является минимальным.
Использование подшипников 21, 22 и 23 в конструкции предлагаемой оси позволяет достичь независимого вращения полуосей 18 и 19 относительно друг друга. Соединение между собой полуосей 18 и 19 осуществляется крышкой 26 при помощи болтов 27. Крышка 26 за счет выполненных на внутренней стороне проточек образует с лабиринтным кольцом 24 уплотнение (лабиринт), которое защищает подшипники от попадания пыли, влаги и грязи.
Оптимальная работа оси колесной пары с изменяемой фрикционно-упругой связью предлагается в компромиссе между типовой осью и свободно вращающимися относительно друг друга осями колесной пары, для чего предлагается обеспечить в зависимости от условий эксплуатации колесной пары заданную фрикционно-упругую связь между угловыми скоростями колес путем включения между полуосями 18 и 19 жестко напрессованной фрикционной насадки 28 и упругого эластомерного элемента 29 (фиг. 4).
Жестко напрессованная фрикционная насадка 28, позволяет уменьшить трудозатратность изготовления предлагаемой колесной пары, то есть поверхность полуоси 19 предлагаемой колесной пары имеет простое цилиндрическое исполнение в месте напрессовывания насадки 28. Замена насадки 28, обеспечивает возможность изменения момента сопротивления поворота между колесами без изготовления новой основной (несущей детали) - полуоси 19. Для изменения момента сопротивления поворота между колесами достаточно будет изготовить новую насадку с необходимым количеством выступов на ней с нужными параметрами (толщина, высота, гибкость). При изломе одного или нескольких выступов жестко напрессованной фрикционной насадки 28 достаточно будет снять старую фрикционную насадку 28, изготовить и установить новую фрикционную насадку 28, а не изготавливать новую несущую деталь - полуось 19. Изготавливать жестко напрессованную фрикционную насадку 28 можно из любого материала (композитный, стальной, полимерный, и так далее).
Для надежного закрепления к внутренней поверхности цилиндрической полости полуоси 18 упругий эластомерный элемент 29 устанавливается вплотную к краю стакана 25, так чтобы он своими пазами 30 входил в направляющие стакана 31. На внутренней цилиндрической поверхности упругого эластомерного элемента 29 располагаются упругие выступы, которые входят в зацепление с выступами фрикционной насадки 28.
Ось колесной пары с изменяемой фрикционной связью позволяет получить следующие технические достоинства:
1. Использование оси со сквозным центральным отверстием, а также применение жестко напрессованной фрикционной насадки 28 из легкого материала позволяет уменьшить вес предлагаемой колесной пары более чем на 5% без потери запаса прочности;
2. Возможность проведения неразрушающего контроля колесной пары без ее выкатки из-под подвижного состава, а так же без необходимости частичной или полной разборки колесной пары в ремонтном депо;
3. Возможность изменения момента сопротивления поворота между колесами без изготовления новой основной (несущей детали) - полуоси сплошного сечения;
4. Упрощение конструкции полуоси 19 за счет отказа выполнения сложной поверхности и замене ее на простую цилиндрическую.
5. Повреждение или излом выступов жестко напрессованной фрикционной насадки 28 не влияет на безопасность движения вагона (состава), так как при выходе из строя жестко напрессованной фрикционной насадки 28 предлагаемая колесная пара будет работает как колесная пара с независимым вращением колес. Для замены жестко напрессованной фрикционной насадки 28 достаточно будет снять поврежденную насадку и на ее место установить новую фрикционную насадку 28, а не изготавливать новую несущую деталь - полуось 19.
Л итература
1. Заявка 2012114980/11 Российская Федерация, Колесная пара вагона с фрикционно-упругой связью между колесами [Текст] / Чупраков Егор Владимирович, Мельниченко Олег Валерьевич; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВПО ИрГУПС). - №2012114980/11; заявл. 16.04.2012.