ПОЛУКОРПУС ФРИКЦИОННОГО КЛИНА

Полезная модель относится к железнодорожному подвижному составу, в частности к конструкции фрикционных гасителей колебаний ходовых тележек грузовых вагонов.
Ходовые тележки грузовых вагонов для уменьшения динамического воздействия вагона на путь и воздействия пути на вагон оборудованы рессорным подвешиванием, содержащим пружины и гасители колебаний. Фрикционные гасители колебаний создают рассеивающие силы, необходимые для гашения и ограничения амплитуд колебаний кузова грузового вагона. Фрикционные гасители колебаний содержат фрикционные клинья, которые симметрично установлены в карманах надрессорной балки ходовой тележки и упираются своей опорной площадкой в пружины рессорного подвешивания и вертикальной стенкой на боковую раму ходовой тележки посредством фрикционной планки. Фрикционный клин может быть выполнен в виде двух зеркальных частей – зеркальных полукорпусов фрикционного клина.
Из уровня техники известен фрикционный гаситель колебаний тележки грузового вагона (RU 101987 U1, опубл. 10.02.2011), состоящий из двух симметрично расположенных клиньев, прижатых весом вагона своими вертикальными поверхностями к фрикционным планкам боковой рамы, а наклонными поверхностями – к карманам надрессорной балки. Фрикционные планки боковой рамы параллельны. Фрикционный клин состоит из двух зеркальных частей, наклонные поверхности которых выполнены под углом к горизонтали и обращены друг к другу, а вертикальные поверхности (стенки) выступают вниз относительно опорной поверхности на пружину. В кармане надрессорной балки на наклонной поверхности установлена износостойкая вставка, наклонные поверхности которой взаимодействуют с наклонными поверхностями двух частей клина.
Известен фрикционный гаситель колебаний тележки грузового вагона (RU 185604 U1, опубл. 11.12.2018), включающий два клина, симметрично расположенных в карманах надрессорной балки и состоящих из двух зеркальных частей, каждая из которых имеет наклонную, верхнюю, опорную, вертикальную поверхности (стенки) и боковые стенки, причём вертикальные поверхности прижаты к расположенным параллельно контактным планкам боковой рамы тележки и выступают вниз относительно опорной поверхности на пружины. Между наклонными поверхностями частей клина и кармана надрессорной балки установлена износостойкая вставка. Зеркальные части расположены на расстоянии друг от друга, наклонные поверхности имеют изгиб, делящий их на внутренние и внешние поверхности, причём внутренняя и внешняя поверхности образуют угол к опорной поверхности на пружины, внутренние и внешние поверхности обращены друг к другу под углом. Наружные боковые стенки, контактирующие с карманом надрессорной балки, имеют окна.
Технической проблемой, присущей указанным техническим решениям, является возникновение разрушающих повреждений – трещин на боковых и наклонных стенках зеркальных частей – полукорпусов фрикционного клина, а также прогиб наклонных стенок – при постоянно повторяющихся критических нагрузках.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение жёсткости полукорпуса фрикционного клина.
Указанный технический результат достигается тем, что в полукорпусе фрикционного клина, содержащем переднюю наклонную стенку с рабочей поверхностью для взаимодействия с надрессорной балкой, верхнюю стенку, нижнюю опорную площадку для взаимодействия с пружинами, боковые стенки и заднюю вертикальную стенку, согласно настоящей полезной модели, верхняя стенка полукорпуса фрикционного клина смещена в направлении к нижней опорной площадке и выполнена на расстоянии L от верхней грани задней вертикальной стенки, и образующей при этом жёсткую связь, соединяющую переднюю наклонную стенку, боковые стенки и заднюю вертикальную стенку, размещённую в зоне взаимодействия полукорпуса фрикционного клина с надрессорной балкой в поясе приложения усилий к передней наклонной стенке полукорпуса фрикционного клина от надрессорной балки, передняя наклонная и боковые стенки продлены до уровня верней грани задней вертикальной стенки и сопряжены между собой и задней вертикальной стенкой, образуя при этом замкнутые в плане верхние выступы-рёбра жёсткости, и нижняя опорная площадка выполнена с выступом со стороны передней наклонной стенки. Расстояние L может быть выполнено в диапазоне размеров от 24 до 30 мм. Выступ нижней опорной площадки со стороны передней наклонной стенки по своему краю может быть выполнен по радиусу в форме сектора круга. Ширина задней вертикальной стенки полукорпуса фрикционного клина может составлять от 82 до 90 мм. Ширина рабочей поверхности передней наклонной стенки полукорпуса фрикционного клина может составлять от 52 до 60 мм. В месте сопряжения боковой стенки с задней вертикальной стенкой с внешней стороны выполнен продольный направляющий упор.
Заявляемая полезная модель отличается от ближайших аналогов тем, что верхняя стенка полукорпуса фрикционного клина смещена в направлении к нижней опорной площадке и выполнена на расстоянии L от верхней грани задней вертикальной стенки, и образующей при этом жёсткую связь, соединяющую переднюю наклонную стенку, боковые стенки и заднюю вертикальную стенку, размещённую в зоне взаимодействия полукорпуса фрикционного клина с надрессорной балкой в поясе приложения усилий к передней наклонной стенке полукорпуса фрикционного клина от надрессорной балки, передняя наклонная и боковые стенки продлены до уровня верней грани задней вертикальной стенки и сопряжены между собой и задней вертикальной стенкой, образуя при этом замкнутые в плане верхние выступы-рёбра жёсткости, и нижняя опорная площадка выполнена с выступом со стороны передней наклонной стенки. Такое отличие дает основание утверждать о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности полезной модели – «новизна».
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 – полукорпус фрикционного клина (изометрический вид со стороны наклонной стенки), фиг. 2 – полукорпус фрикционного клина (вид сверху), фиг. 3 – разрез А-А фиг. 2.
Полукорпус фрикционного клина, представленный на фиг. 1, содержит переднюю наклонную стенку 1, верхнюю стенку 2, нижнюю опорную площадку 3, боковые стенки 4 и заднюю вертикальную стенку 5. Верхняя стенка 2 полукорпуса фрикционного клина смещена в направлении к нижней опорной площадке и выполнена на расстоянии L от верхней грани 5.1 задней вертикальной стенки 5 в диапазоне размеров от 24 до 30 мм. Передняя наклонная стенка 1 и боковые стенки 4 полукорпуса фрикционного клина продлены до уровня верхней грани 5.1 задней вертикальной стенки 5 и сопряжены между собой и задней вертикальной стенкой 5, образуя при этом замкнутые в плане верхние выступы-рёбра жёсткости (отмечены позициями соответствующих стенок полукорпуса клина), которые образуют сверху полукорпуса отверстие 6 фигурной формы. При этом в представленном на фигурах примере реализации в месте сопряжения боковой стенки 4 и задней вертикальной стенки 5 с внешней стороны полукорпуса фрикционного клина выполнен продольный направляющий упор 7. Нижняя опорная площадка 3 выполнена с выступом 3.1 со стороны передней наклонной стенки 1, который в представленном на фигурах примере реализации по своему краю выполнен по радиусу и имеет форму сектора круга. Ширина W задней вертикальной стенки полукорпуса фрикционного клина составляет от 82 до 93 мм и ширина W1 рабочей поверхности передней наклонной стенки полукорпуса фрикционного клина, измеренная как расстояние от внешних поверхностей боковых стенок полукорпуса фрикционного клина, составляет от 52 до 63 мм. В представленном на фигурах примере реализации все углы и ребра выполнены закругленными по малым радиусам не более 5 мм. В верхней стенке 2 полукорпуса фрикционного клина может быть выполнено технологическое сквозное отверстие 8.
Технический результат заявляемой полезной модели, заключающийся в повышении жёсткости полукорпуса фрикционного клина, достигается следующим образом.
Указанные геометрические параметры определены из расчетов на прочность для представленной конструкции полукорпуса фрикционного клина, в качестве оптимальных значений, при которых обеспечено повышение жёсткости полукорпуса фрикционного клина в различных режимах эксплуатации, например, при движении порожнего вагона и груженого вагона, а также при нагружении силами, значительно превышающими их эксплуатационные значения, с учетом влияния всех геометрических параметров друг на друга и с учетом допусков, обусловленных технологией производства.
Полукорпуса – зеркальные части фрикционного клина, соединенные воедино с зазором между ними до 10 мм, представляют собой фрикционный клин, который является важнейшим элементов фрикционного гасителя колебаний тележки грузового вагона. Полукорпуса фрикционного клина устанавливаются между надрессорной балкой, в предусмотренный для фрикционного клина карман надрессорной балки, и пружинами рессорного подвешивания. Между надрессорной балкой и полукорпусами – зеркальными частями фрикционного клина может быть установлена износостойкая вставка. В процессе движения грузового вагона со стороны надрессорной балки на полукорпус фрикционного клина указанной конструкции действуют силы, которые за счет передней наклонной поверхности полукорпуса фрикционного клина распределяются на три составляющих, одна из которых – вертикальная – передается на пружины рессорного подвешивания, вторая – горизонтальная, направленная поперек задних вертикальных стенок полукорпусов фрикционного клина (вдоль железнодорожного пути), и третья – горизонтальная, направленная вдоль задних вертикальных стенок полукорпусов фрикционного клина (поперек железнодорожного пути), которые передаются на боковую балку рамы ходовой тележки, в частности, установленную на боковой раме фрикционную планку, в которую упираются полукорпуса фрикционного клина своей задней вертикальной стенкой. У стенок полукорпуса фрикционного клина есть поверхности контакта с другими элементами фрикционного гасителя колебаний тележки грузового вагона, которые являются рабочими.
Смещение верхней стенки полукорпуса фрикционного клина в направлении к нижней опорной площадке и выполнение её на расстоянии L от верхней грани задней вертикальной стенки образует жёсткую связь, соединяющую переднюю наклонную стенку, боковые стенки и заднюю вертикальную стенку, размещённую в зоне взаимодействия полукорпуса фрикционного клина с надрессорной балкой в поясе приложения усилий к передней наклонной стенке полукорпуса фрикционного клина от надрессорной балки, что обеспечивает повышение жёсткости полукорпуса фрикционного клина за счет усиления передней наклонной стенки полукорпуса и полную передачу горизонтальных составляющих сил, действующих на переднюю наклонную стенку, на заднюю вертикальную стенку полукорпуса фрикционного клина, как поперечное ребро жесткости, тем самым снижая напряжения на передней наклонной стенке, другими словами, за счет повышения восприимчивости верхней стенки полукорпуса фрикционного клина к нагрузкам, действующим на переднюю наклонную стенку со стороны надрессорной балки, и их перераспределение на заднюю вертикальную стенку полукорпуса фрикционного клина.
Выполнение расстояния L в диапазоне значений от 24 до 30 мм обеспечивает упрочнение полукорпуса фрикционного клина в непосредственной близости к зоне точек контакта рабочей поверхности передней наклонной стенки с надрессорной балкой или износостойкой вставкой в случае ее наличия. При выполнении расстояния L менее 24 мм верхняя стенка передает нагрузки на заднюю вертикальную стенку в меньшей степени и является ненагруженной зоной полукорпуса фрикционного клина, в то время как большая часть действующих нагрузок распределяется по другим стенкам полукорпуса фрикционного клина, что может привести к возникновению разрушающих повреждений, например, трещин в боковых стенках или трещин и прогиба передней наклонной стенки. Расположение верхней стенки на расстоянии L более 30 мм повлечет снижение жёсткости полукорпуса фрикционного клина в его верхней области, в частности передней наклонной стенки и боковых стенок, что также приведет к неравномерному износу рабочих поверхностей полукорпуса и возможному возникновению существенных повреждений, например, загибов или прогибов стенок в его верхней части.
Продление передней наклонной и боковых стенок полукорпуса фрикционного клина до уровня верхней грани задней вертикальной стенки и их сопряжение между собой и с задней вертикальной стенкой с образованием замкнутых в плане верхних выступов-рёбер жёсткости, образующих сверху полукорпуса фрикционного клина отверстия фигурной формы, обеспечивают распределение и передачу остаточных касательных напряжений с передней наклонной стенки через боковые стенки на заднюю вертикальную в верхней области, то есть над верхней стенкой, тем самым повышая жёсткость верхней области полукорпуса клина, что позволяет повысить жёсткость полукорпуса фрикционного клина в целом.
Выполнение выступа нижней опорной площадки со стороны передней наклонной стенки полукорпуса фрикционного клина по своему краю по радиусу в форме сектора круга обеспечивает выполнение нижней опорной площадки фрикционного клина округлой формы, повторяя форму половины витка пружины рессорного подвешивания, что позволяет увеличить площадь нижней опорной площадки полукорпуса фрикционного клина, чтобы фрикционный клин в целом полностью опирался на виток пружины, а не частично, и, соответственно, увеличить площадь распределения нагрузок, возникающих при действии сил со стороны полукорпуса фрикционного клина на пружины рессорного подвешивания и ответных им, что повышает жёсткость нижней опорной площадки полукорпуса и позволяет повысить жёсткость полукорпуса фрикционного клина в целом. Кроме того, выполнение выступа нижней опорной площадки полукорпуса фрикционного клина в форме сектора круга исключает взаимодействие нижней опорной площадки с надрессорной балкой или износостойкой вставкой, при ее наличии, в процессе эксплуатации.
При выполнении ширины W задней вертикальной стенки полукорпуса менее 82 мм возникает вероятность появления разрушительных повреждений стенок полукорпуса фрикционного клина, его перекоса и снижения его жёсткости. При выполнении ширины W задней вертикальной стенки полукорпуса более 93 мм снижается жёсткость полукорпуса фрикционного клина на «забегание». Выполнение ширины W1 рабочей поверхности передней наклонной стенки полукорпуса фрикционного клина менее 52 мм снижает жёсткость полукорпуса фрикционного клина и может привести к возникновению трещин на боковых стенках полукорпуса фрикционного клина. Выполнение ширины W1 рабочей поверхности передней наклонной стенки полукорпуса фрикционного клина более 63 мм обеспечивает может привести к снижению жёсткости передней наклонной стенки полукорпуса фрикционного клина в целом. Указанные диапазоны геометрических параметров выбраны по результатам проведенных расчетов на прочность в качестве оптимальных с учетом допусков, обусловленных технологией производства, а также максимально и минимально возможных расстояний между полукорпусами фрикционного клина.
Продольный направляющий упор на внешней боковой стенке полукорпуса в месте её  сопряжения с задней вертикальной стенкой полукорпуса ограничивает продольное перемещение полукорпуса фрикционного клина в процессе эксплуатации относительно надрессорной балки, а также ограничивает перемещение надрессорной балки относительно боковой рамы, что обеспечивает предотвращение перекоса полукорпуса фрикционного клина и равномерное распределение действующих сил по всем рабочим поверхностям полукорпуса, тем самым обеспечивая повышение жёсткости полукорпуса фрикционного клина в целом, а также работу фрикционного гасителя колебаний в заданных пределах.
Заявляемая полезная модель является реализованным техническим решением, для которого проведены прочностные расчеты и выявлены возможные картины распределения нагрузок с образованием зон концентрации напряжений, возникающие в критических ситуациях, и все указанные диапазоны геометрических параметров приняты из расчета величин, являющихся в своей совокупности оптимальными для достижения технического результата, а именно повышения жесткости полукорпуса фрикционного клина, с учетом зависимости геометрических параметров друг от друга и с учетом допусков технологии производства детали.
Кроме того, для предотвращения сколов и износа углов полукорпуса фрикционного клина все углы и ребра могут быть выполнены закругленными по малым радиусам не более 5 мм. На задней вертикальной стенке с наружной ее стороны могут быть выполнены ступенчатые уступы с верхней стороны и/или с нижней стороны для индикации износа задней вертикальной стенки полукорпуса фрикционного клина. Необходимо учитывать, что между поверхностью кармана надрессорной балки и рабочими поверхностями полукорпуса фрикционного клина, в частности передних наклонных и боковых стенок, может быть установлена износостойкая вставка для снижения износа. В верхних стенках полукорпуса фрикционного клина могут быть выполнены сквозные технологические отверстия.
Указанная конструкция полукорпуса фрикционного клина также позволяет обеспечить рациональное распределение нагрузок в пружинном комплекте при сохранении требуемых характеристик демпфирования.
Таким образом, заявляемая полезная модель всей своей совокупностью существенных признаков позволяет повысить жёсткость полукорпуса фрикционного клина в процессе эксплуатации.