ТРЕХЭЛЕМЕНТНАЯ ТЕЛЕЖКА ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ

Полезная модель относится к подвижному составу железных дорог и касается двухосных трехэлементных тележек для грузовых вагонов.
Известна трехэлементная тележка грузовых вагонов [Вагоны. Под ред. Л.А.Шадура, М.: Транспорт, 1980 г., стр.182], содержащая надрессорную балку с подпятником и двумя боковыми скользунами, взаимодействующими с пятой и боковыми опорами кузова, пружины рессорного подвешивания, через которые надрессорная балка опирается на боковые рамы. Боковые рамы имеют буксовые проемы, которые своей нижней опорной частью опираются на буксовые узлы колесных пар. Тележка содержит также тормозную рычажную передачу.
Недостатком известной конструкции тележки является недостаточный запас прочности реализованной в тележке упругой опоры, размещенной в буксовом проеме боковой рамы, при котором жесткая пластина находится внутри корпуса, а нагрузку воспринимают элементы, выполненные из эластомера, контактирующие с опорными поверхностями боковой рамы и адаптера, что, в свою очередь, может способствовать сокращению ресурса работы упругой опоры, а также вызвать повышенный износ контактирующих поверхностей буксовых узлов и боковых рам в буксовом проеме в процессе эксплуатации тележки на грузовых вагонах.
Также известна конструкция трехэлементной тележки грузовых вагонов [RU 2256573, МПК B61F 5/12 B61F 5/14, опубл.20.07.2005 Бюл. № 20], содержащая надрессорную балку с центрально расположенным подпятником и двумя боковыми скользунами, поджатыми в упорные плиты боковых опор кузова упругими элементами, пружины рессорного подвешивания, через которые надрессорная балка оперта на боковые рамы, при этом часть пружин рессорного подвешивания связана с надрессорной балкой через клинья для создания продольных сил нажатия на фрикционные планки боковых рам, и колесные пары с буксовыми узлами, отличающаяся тем, что упругие элементы расположены в углублениях надрессорной балки, имеющих отверстия в нижнем листе, клинья, связывающие часть пружин рессорного подвешивания с надрессорной балкой, выполнены из антифрикционного материала и снабжены накладками из фрикционного материала, закрепленными на их вертикальных стенках и упирающимися во фрикционные планки боковых рам.
Также из уровня техники известна конструкция трехэлементной тележки грузовых вагонов [патент RU 93764, МПК B61F 5/38, опубл. 10.05.2010 Бюл. № 13], содержащая колесные пары с буксовыми узлами, состоящими из буксового подшипника, установленного на него адаптера и упругой опоры, выполненной из металлических пластин, разделенных слоями эластичного материала, боковые рамы с буксовыми проемами, опертыми на упругие опоры, надрессорную балку с центрально расположенным подпятником и двумя боковыми скользунами, пружины рессорного подвешивания, через которые надрессорная балка оперта на боковые рамы, и рычажную передачу тормоза, отличающаяся тем, что буксовые проемы боковой рамы с опорной частью выполнены с уширением в виде утолщенного канта, переходящего на радиусный переход к нижнему силовому поясу боковой рамы и плавно сливающегося с ее боковыми стенками, в центре буксового проема боковой рамы выполнено отверстие, в которое запрессован центральный штифт упругой опоры, закрепленный в ее верхней пластине вместе с направляющим штифтом, ориентирующим упругую опору вдоль боковой рамы и входящим в соответствующее отверстие в опорной части буксового проема с зазором, а нижняя пластина упругой опоры зафиксирована на адаптере между его упорными буртами.
Данная конструкция выбрана в качестве прототипа для заявляемой полезной модели.
Существенными недостатками известных конструкций трехэлементных тележек грузовых вагонов является их недостаточный ресурс работы, обусловленный повышенными нагрузками (напряжениями), возникающими в контактирующих поверхностях боковой рамы тележки и адаптера подшипникового узла, вызывающих выдавливание упругой опоры в кривых участках пути, неравномерное распределение вертикальной нагрузки передающейся от горизонтальной поверхности буксового узла боковой рамы на внешнюю опорную поверхность упругой опоры и, как следствие, приводящих к выдавливанию/заклиниванию и перекосу упругой опоры в буксовом узле.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание конструкции трехэлементной тележки грузовых вагонов, обеспечивающей повышенную эксплуатационную надежность буксового узла и долговечности упругой опоры буксового узла тележки грузового железнодорожного вагона, а также возможности предотвращения перекоса и заклинивания упругой опоры в буксовом узле.
Технический результат, достигаемый при использовании полезной модели, заключается в повышении эксплуатационной надежности тележки грузового железнодорожного вагона путем снижения напряжений в контактирующих поверхностях боковой рамы тележки и адаптера подшипникового узла с возможностью предотвращения перекоса и заклинивания упругой опоры при воздействии нагрузок (боковом, вертикальном и продольном направлении) при движении в кривых участках пути.
Поставленная задача решается, а указанный технический результат достигается за счет того, что трехэлементная тележка грузовых вагонов, содержащая колесные пары с буксовыми узлами, состоящими из буксового подшипника, установленного на него адаптера и упругой опоры, включающей верхнюю жесткую пластину, среднюю жесткую пластину, нижнюю жесткую пластину и эластичные пластины, расположенные между верхней жесткой пластиной и средней жесткой пластиной, средней жесткой пластиной и нижней жесткой пластиной и соединенные с ними, при этом верхняя жесткая пластина и нижняя жесткая пластина выполнены с рабочими поверхностями, ответными по форме рабочим поверхностям боковой рамы тележки и адаптера буксового узла, боковые рамы с буксовыми проемами, опертыми на упругие опоры, надрессорную балку с центрально расположенным подпятником и двумя боковыми скользунами, пружины рессорного подвешивания, через которые надрессорная балка оперта на боковые рамы, и тормозную рычажную передачу, буксовые проемы боковой рамы с опорной поверхностью, при этом в центре буксового проема боковой рамы выполнено отверстие, в котором установлен с зазором центральный штифт упругой опоры, закрепленный в ее верхней жесткой пластине вместе с направляющим штифтом, ориентирующим упругую опору вдоль боковой рамы и входящим в соответствующее отверстие в опорной поверхности буксового проема с зазором, а нижняя жесткая пластина упругой опоры зафиксирована на адаптере между его упорными буртами, направляющий штифт, закрепленный в верхней жесткой пластине упругой опоры, контактирующей в сборе буксового узла с опорной поверхностью боковой рамы выполнен диаметром (d2) со смещением на величину (∆1) относительно центральной оси центрального штифта и выступающим над внешней рабочей поверхностью верхней жесткой пластины упругой опоры на высоту (h2), а центральный штифт, закрепленный в верхней жесткой пластине упругой опоры выполнен диметром (d1) и выступающим над внешней рабочей поверхностью жесткой пластины на высоту (h1).
Величина (∆1) смещения направляющего штифта, закрепленного в верхней жесткой пластине упругой опоры, относительно центральной оси центрального штифта, закрепленного в верхней жесткой пластине упругой опоры, выполнена в диапазоне от 80 мм до 85,5 мм.
Диаметр (d1) центрального штифта, закрепленного в верхней жесткой пластине упругой опоры, выполнен не менее 32 мм.
Высота (h1) выступающей части центрального штифта над внешней рабочей поверхностью верхней жесткой пластины упругой опоры выполнена не менее 38 мм.
Диаметр (d2) направляющего штифта, закрепленного в верхней жесткой пластине упругой опоры, выполнен не менее 12 мм.
Высота (h2) выступающей части над внешней рабочей поверхностью верхней жесткой пластины упругой опоры выполнена не менее 30 мм.
Диаметр (d3) отверстия в нижней опорной поверхности буксового проема боковой рамы, под размещение в нем направляющего штифта выполнен не менее 14 мм.
Диаметр (d4) отверстия в нижней опорной поверхности буксового проема боковой рамы под размещение центрального штифта выполнен не менее 34 мм.
Взаимное смещение (∆2) по осям центрального штифта и направляющего штифта, закрепленных в верхней жесткой пластине упругой опоры, составляет не более 5 мм.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется графическим материалом
Фиг. 1 – Общий вид трехэлементной тележки для грузовых вагонов;
Фиг. 2 – Вид А (сверху), трехэлементной тележки для грузовых вагонов;
Фиг. 3 – Вид Б, схема размещения упругой опоры в буксовом узле трехэлементной тележки для грузовых вагонов, с местным разрезом;
Фиг. 4. – упругая опора с местным разрезом;
Фиг. 5 – схема размещения упругой опоры в буксовом узле тележки грузового вагона, вид Е на фиг. 2;
Фиг. 6 – схема размещения упругой опоры в буксовом узле тележки грузового вагона, вид сверху.
Трехэлементная тележка грузовых вагонов содержит колесные пары 1 с буксовыми узлами, состоящими из буксового подшипника качения 2, установленного на него адаптера 3 и упругой опоры 4, на которую опирается боковая рама 5 буксовыми проемами с опорной поверхность (опорной частью) 6. Боковая рама 5 выполнена с уширением относительно боковых стенок 7 боковой рамы 5 в виде утолщенного канта 8, переходящего с радиусным переходом к нижнему силовому поясу средней части боковой рамы 5 и плавно сливающегося с ее боковыми стенками 7.
Надрессорная балка 13 трехэлементной тележки грузового вагона выполнена с центрально расположенной плитой подпятника 14 и двумя боковыми опорными скользунами 15, и опирается через пружины 16 рессорного подвешивания, расположенные в центральном проеме 17, на боковые рамы 5. Тележка оборудована тормозной рычажной передачей 18.
Упругая опора 4 состоит из жестких пластин: верхней жесткой пластины 4.1, средней жесткой пластины 4.2, нижней жесткой пластины 4.3. Между верхней жесткой пластиной 4.1 и средней жесткой пластиной 4.2, а также между средней жесткой пластиной 4.2 и нижней жесткой пластиной 4.3, расположены эластичные пластины 4.4. Верхняя жесткая пластины 4.1, средняя жесткая пластины 4.2, нижняя жесткая пластина 4.3 и эластичные пластины 4.4 соединены посредством, например, клеевого соединения.
Внешние поверхности верхней жесткой пластины 4.1 и нижней жесткой пластины 4.3 являются рабочими и выполнены по форме ответными контактирующими с ними в сборе буксового узла опорными поверхностями (рабочими поверхностями) боковой рамы 5 тележки и адаптера 3 буксового узла.
Верхняя жесткая пластина 4.1 в сечении может быть выполнена в форме трапеции. В верхней жесткой пластине 4.1 закреплены (запрессованы) центральный штифт 9 и направляющий штифт 10, который за счет зазора ориентирует при сборке упругую опору 4 вдоль боковой рамы 5 по соответствующему отверстию 11 диаметром (d3) в нижней опорной поверхности 6, при установке центрального штифта 9 упругой опоры 4 в отверстие 12 диаметром (d4), в центре опорной поверхности 6 буксового проема боковой рамы 5. Нижняя жесткая пластина 4.3 упругой опоры 4 зафиксирована на адаптере 3 между его упорными буртами 3.1.
В качестве материала для изготовления верхней жесткой пластины 4.1, средней жесткой пластины 4.2 и нижней жесткой пластины 4.3 может применяться металл. В качестве материала для изготовления эластичных пластин 4.4 может применяться полиуретановый эластомер.
Эластичные пластины 4.4 выполнены V-образной формы и расположены своими торцевыми поверхностями относительно торцевых поверхностей верхней жесткой пластины 4.1, средней жесткой пластины 4.2 и нижней жесткой пластины 4.3 со смещением к центру упругой опоры 4.
Внешняя рабочая поверхность верхней жесткой пластины 4.1 упругой опоры 4 контактирующая в сборе буксового узла с опорной поверхностью 6 боковой рамы 5 выполнена со сторонами (а1) и (b1). Стороны (а1) и (b1) внешней рабочей поверхности верхней жесткой пластины 4.1, контактирующей в сборе буксового узла с рабочей поверхностью боковой рамы 5, составляют 200 мм и 240 мм.
Направляющий штифт 10 закрепленный в верхней жесткой пластине 4.1 упругой опоры 4, контактирующей в сборе буксового узла с опорной поверхностью 6 боковой рамы 5, выполнен диаметром (d2) со смещением на величину (∆1) относительно центральной оси центрального штифта 9 и выступает над внешней рабочей поверхностью верхней жесткой пластины 4.1 упругой опоры 4 на высоту (h2). Диаметр (d2) направляющего штифта 10, закрепленного в верхней жесткой пластине 4.1 упругой опоры 4, выполнен не менее 12 мм, а высота (h2) выступающей части направляющего штифта 10 над внешней рабочей поверхностью верхней жесткой пластины 4.1 упругой опоры 4, контактирующей в сборе буксового узла с опорной поверхностью 6 боковой рамы 5, выполнена не менее 30 мм.
Центральный штифт 9 закрепленный в верхней жесткой пластине 4.1 упругой опоры 4, контактирующей в сборе буксового узла с опорной поверхностью 6 боковой рамы 5, выполнен диаметром (d1) и выступает над внешней рабочей поверхностью верхней жесткой пластины 4.1, на высоту (h1). Диаметр (d1) центрального штифта 9, закрепленного в верхней жесткой пластине 4.1 упругой опоры 4, выполнен не менее 32 мм, а высота (h1) выступающей части центрального штифта 9 над внешней рабочей поверхностью верхней жесткой пластины 4.1 упругой опоры 4, контактирующей в сборе буксового узла с опорной поверхностью 6 боковой рамы, выполнена не менее 38 мм.
Величина (∆1) смещения направляющего штифта 10, закрепленного в верхней жесткой пластине 4.1 упругой опоры 4, относительно центральной оси центрального штифта 9, закрепленного в верхней жесткой пластине 4.1 упругой опоры 4, выполнена в диапазоне от 80 мм до 85,5 мм.
Отверстия 11 и 12 выполненные в опорной поверхности 6 буксового проема боковой рамы 5 под размещение в них центрального штифта 9 и направляющего штифта 10, закрепленных в верхней жесткой пластине 4.1 упругой опоры 4, выполнены соответственно диаметрами (d3) и (d4).
Диаметр (d3) отверстия 11 в опорной поверхности 6 буксового проема боковой рамы 5, под размещение в нем направляющего штифта 10, выполнен не менее 14 мм. Диаметр (d4) отверстия 12 в опорной поверхности 6 буксового проема боковой рамы 5 под размещение центрального штифта 9 выполнен не менее 34 мм.
Центральный штифт 9 и направляющий штифт 10, закрепленные в верхней жесткой пластине 4.1 упругой опоры 4, могут быть выполнены с взаимным смещение (∆2) по своим осям. Взаимное смещение (∆2) по осям центрального штифта 9 и направляющего штифта 10, закрепленных в верхней жесткой пластине 4.1 упругой опоры 4, составляет не более 5 мм.
На верхней полке верхнего пояса боковой рамы 5 над буксовым проемом выполнено технологическое отверстие (не обозначено на чертежах), предназначенное для визуального осмотра и контроля состояния центрального 9 и направляющего 10 штифтов упругой опоры 4.
На фиг. 1, фиг. 3 и фиг. 5 показаны схемы размещения упругой опоры 4 в буксовом узле трехэлементной тележки грузового вагона, при этом опорная поверхность 6 боковой рамы 5 тележки, контактирующая в сборе с внешней поверхностью верхней жесткой пластины 4.1 упругой опоры, выполнена со сторонами А и B.
В верхней жесткой пластине 4.1 закреплены центральный штифт 9 и направляющий штифт 10, который за счет зазора ориентирует при сборке упругую опору 4 вдоль боковой рамы 5 по соответствующему отверстию 11 в опорной поверхности 6 при установке центрального штифта 9 упругой опоры 4 в отверстие 12, выполненное в центре буксового проема боковой рамы 5. Нижняя жесткая пластина 4.3 упругой опоры 4 зафиксирована на адаптере 3 между его упорными буртами 3.1.
При движении грузового вагона по криволинейным участкам пути боковая рама тележки совершает маятниковые движения – наклоняясь в сторону оси железнодорожного пути и в обратном направлении – относительно опорной поверхности, которой является горизонтальная поверхность верхней части буксы или адаптера, при этом упругая опора, как демпфирующий элемент буксового узла трехэлементной тележки грузового вагона, снижает ударные нагрузки от боковых рам на оси колесных пар и создает пространственные упругие связи между элементами тележки за счет верхней жесткой пластины 4.1, средней жесткой пластины 4.2, нижней жесткой пластины 4.3 и слоев из эластичных пластин 4.4.
Примером реализации заявляемой полезной модели трехэлементной тележки грузового вагона с горизонтальной опорной поверхностью 6 буксового узла со сторонами A и B (см. фиг.1, фиг. 5) может быть трехэлементная тележка грузового вагона, содержащая колесные пары 1 с буксовыми узлами, состоящими из буксового подшипника качения 2, установленного на него адаптера 3 и упругой опоры 4, на которую опирается боковая рама 5 буксовыми проемами с опорной поверхностью (рабочей поверхностью) 6. Боковая рама 5 выполнена с уширением относительно боковых стенок 7 боковой рамы 5 в виде утолщенного канта 8, переходящего с радиусным переходом к нижнему силовому поясу средней части боковой рамы 5 и плавно сливающегося с ее боковыми стенками.
Надрессорная балка 13 трехэлементной тележки грузового вагона выполнена с центрально расположенной плитой подпятника 14 и двумя боковыми опорными скользунами 15, и опирается через пружины 16 рессорного подвешивания, расположенные в центральном проеме 17, на боковые рамы 5. Тележка оборудована тормозной рычажной передачей 18.
На верхней полке верхнего пояса боковой рамы 5 над буксовым проемом выполнено технологическое отверстие.
Упругая опора 4 содержит верхнюю жесткую пластину 4.1, среднюю жесткую пластину 4.2, нижнюю жесткую пластину 4.3 и расположенные между верхней жесткой пластиной 4.1 и средней жесткой пластиной 4.2 эластичные пластины 4.4. Эластичная пластина 4.4. расположена между средней жесткой пластиной 4.2 и нижней жесткой пластиной 4.3. Между собой верхняя жесткая пластина 4.1, средняя жесткая пластина 4.2, нижняя жесткая пластина 4.3 и эластичные пластины 4.4, соединены посредством, например, клеевого соединения.
Внешняя рабочая поверхность верхней жесткой пластины 4.1 контактирующая в сборе буксового узла с опорной поверхностью 6 боковой рамы 5 выполнена со сторонами а1 = 200 мм и b1 = 240 мм.
Направляющий штифт 10 закрепленный в верхней жесткой пластине 4.1 упругой опоры 4, контактирующей в сборе буксового узла с опорной поверхностью 6 боковой рамы 5, выполнен диаметром (d2), равным 12 мм, со смещением относительно центральной оси центрального штифта 9 на величину (∆1), равную 82 мм, и выступает над внешней рабочей поверхностью верхней жесткой пластины 4.1 упругой опоры 4 на высоту (h2), равную 30 мм.
Центральный штифт 9 закрепленный в верхней жесткой пластине 4.1 упругой опоры 4, контактирующей в сборе буксового узла с опорной поверхностью 6 боковой рамы 5, выполнен диаметром (d1), равным 34 мм, и выступает над внешней рабочей поверхностью верхней жесткой пластины 4.1, на высоту (h1), равную 40 мм.
Отверстия 11 и 12, выполненные в нижней опорной части 6 буксового проема боковой рамы 5 под размещение в них центрального штифта 9 и направляющего штифта 10, закрепленных в верхней жесткой пластине 4.1 упругой опоры 4, выполнены соответственно диаметром (d3) и (d4).
Диаметр (d3) отверстия 11 в нижней опорной поверхности буксового проема боковой рамы 5, под размещение в нем направляющего штифта 10 составляет 14 мм. Диаметр (d4) отверстия 12 в нижней опорной поверхности 4 буксового проема боковой рамы 5 под размещение центрального штифта 9 составляет 36 мм.
Центральный штифт 9 и направляющий штифт 10, закрепленные в верхней жесткой пластине 4.1 упругой опоры 4, могут быть выполнены с взаимным смещение (∆2) по своим осям. Взаимное смещение (∆2) по осям центрального штифта 9 и направляющего штифта 10, закрепленных в верхней жесткой пластине 4.1 упругой опоры 4, составляет не более 5 мм.
Уменьшение величин предложенных параметров диаметра (d1) и высоты (h1) выступающей части центрального штифта 9 упругой опоры 4, диаметра (d2) и высоты (h2) выступающей части направляющего штифта 10 упругой опоры 4, смещения (∆1) направляющего штифта 10 относительно центральной оси центрального штифта 9, а также взаимного смещения (∆2) по осям центрального штифта 9 и направляющего штифта 10, закрепленных в верхней жесткой пластине 4.1 упругой опоры 4, значений диаметров (d3) и (d4) отверстий 11 и 12 выполненных в нижней опорной части 6 буксового проема боковой рамы 5 под размещение в них центрального штифта 9 и направляющего штифта 10, приведет к снижению эксплуатационной надежности трехэлементной тележки, ее буксового узла и долговечности упругой опоры тележки грузового железнодорожного вагона.
В настоящее время на заявляемую полезную модель в АО «Научно-производственная корпорация «Уралвагонзавод» разработана конструкторская документация и проведены всесторонние испытания опытных образцов.