УПРУГАЯ ВСТАВКА БУКСОВОГО УЗЛА ТЕЛЕЖКИ ГРУЗОВОГО ВАГОНА

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту и может быть использована в несущей конструкции двухосных трехэлементных тележках, а именно в буксовых узлах тележек грузовых железнодорожных вагонов для передачи нагрузки от боковых рам тележек через подшипники на оси колесных пар.
Из уровня техники известна конструкция упругой вставки подшипникового адаптера железнодорожного грузового вагона [патент US 3699897 A, опубл. 24.10.1972], содержащая корпус из эластомера, имеющий верхнюю эластомерную поверхность для взаимодействия с опорной поверхностью боковой рамы тележки и нижнюю эластомерную поверхность, принимающую нагрузку от поверхности адаптера, а также удлиненную жесткую пластину, расположенную внутри корпуса из эластомера и соединенную с этим корпусом.
Конструктивная реализация известной упругой вставки, при которой 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 вставки.
Из уровня техники известна конструкция упругой вставки буксового узла двухосной тележки грузового вагона [патент RU 2275308 С2, МПК B61F 5/12, опубл. 27.04.2006 Бюл. № 12], состоящая из чередующихся слоев эластичного материала и металлических пластин с двумя опорными поверхностями для взаимодействия с боковой рамой тележки и с адаптером буксового узла, при этом торцевые поверхности эластичного материала и металлических пластин упругой вставки находятся в одной общей плоскости.
В конструкции данной упругой вставки существует вероятность отрыва слоев друг от друга в зонах торцевых поверхностей под воздействием эксплуатационной нагрузки с последующим выдавливанием эластичного материала из пространства между металлическими пластинами, что обусловлено выполнением торцевых поверхностей всех слоев упругой вставки в одной плоскости.
Так же из уровня техники известна конструкция упругой вставки буксового узла тележки грузового вагона [патент RU 201176, МПК B61F 5/38, опубл. 01.12.2020 Бюл. № 34], содержащая жесткие пластины и эластичные пластины, расположенные между жесткими пластинами и соединенные с ними, при этом наружные жесткие пластины выполнены с рабочими поверхностями, ответными по форме рабочим поверхностям боковой рамы тележки и адаптера буксового узла, отличающаяся тем, что торцевые поверхности эластичных пластин выполнены вогнутой формы с углублениями, при этом отношение толщины эластичных пластин к ширине углублений составляет от 4,0 до 10,0.
Данная конструкция выбрана в качестве прототипа для заявляемой полезной модели.
Существенными недостатками известных упругих вставок является их недостаточный ресурс работы, обусловленный неравномерным распределением вертикальной нагрузки передающейся от горизонтальной поверхности буксового узла боковой рамы на внешнюю опорную поверхность упругой вставки и приводящий к разрушению эластичного материала и последующему его отрыву от внутренней поверхностей жестких пластин.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание конструкции, обеспечивающей повышенную  эксплуатационную надежность буксового узла и долговечности упругой вставки буксового узла тележки грузового железнодорожного вагона,  предотвращением отрыва эластичного материала от внутренней поверхности жестких пластин под нагрузкой, в сочетании с оптимальной металлоемкостью и без снижения ее демпфирующих свойств.
.
Технический результат, достигаемый при использовании полезной модели, заключается в повышении эксплуатационной надежности буксового узла и долговечности упругой вставки буксового узла тележки грузового железнодорожного вагона
1
Поставленная задача решается, а указанный технический результат достигается за счет того, что упругая вставка буксового узла тележки грузового вагона, содержит жесткие пластины, включающие 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. Торцевые поверхности верхней жесткой пластины, торцевые поверхности средней жесткой пластины и торцевые поверхности нижней жесткой пластины выполнены различными по толщине и с взаимным смещением по периметру относительно друг друга на величину (∆), а верхняя жесткая пластина, контактирующая в сборе буксового узла с рабочей поверхностью боковой рамы и эластичной пластиной, выполнена в сечении с переменной толщиной (S), увеличивающейся от торцевой поверхности верхней жесткой пластины к средней внутренней поверхности верхней жесткой пластины, при этом отношение толщины торцевой поверхности верхней жесткой пластины к толщине средней поверхности верхней жесткой пластины составляет от 0,1 до 0,5.
Величина (∆) взаимного смещения по периметру торцов верхней жесткой пластины, средней жесткой пластины, размещенной между эластичными пластинами, и нижней жесткой пластины по периметру относительно друг друга составляет не более 1 мм.
Верхняя жесткая пластина в сечении выполнена в форме трапеции.
1.2
1.2
Средняя жесткая пластина, размещенная между эластичными пластинами, выполнена толщиной (S). Толщина (S) средней жесткой пластины выполнена не менее 3 мм.
1.3
1.3
Нижняя жесткая пластина выполнена толщиной (S). Толщина (S) нижней жесткой пластины выполнена не менее 5 мм.
Внешняя рабочая поверхность верхней жесткой пластины контактирующая в сборе буксового узла с поверхностью боковой рамы выполнена со сторонами (а1) и (b1).
Стороны (а1) и (b1) внешней рабочей поверхности верхней жесткой пластины контактирующей в сборе буксового узла с поверхностью боковой рамы составляют 200 мм и 240 мм.
Высота (H) упругой вставки буксового узла тележки грузового вагона выполнена в интервале от 48,5 мм до 53,5 мм.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами:
Фиг. 1 –  упругая вставка, главный вид с местным разрезом;
Фиг. 2 –  упругая вставка, вид А на фиг. 1;
Фиг. 3 – упругая вставка, вид Б на фиг. 2;
Фиг. 4 – схема размещения упругой вставки в буксовом узле тележки грузового вагона;
Фиг. 5 – схема размещения упругой вставки в буксовом узле тележки грузового вагона, вид В на фиг. 4.
Упругая вставка буксового узла тележки грузового вагона содержит жесткие пластины 1, верхнюю жесткую пластину 1.1, среднюю жесткую пластину 1.2, нижнюю жесткую пластину 1.3 и расположенные между жесткими пластинами 1 эластичные пластины 2.1 и 2.2. Между собой жесткие 1 и эластичные 2 пластины соединены посредством, например, клеевого соединения.
В качестве материала для изготовления жестких пластин 1.1, 1.2 и 1.3 может применяться метал. В качестве материала для изготовления эластичных пластин 2.1 и 2.2 может применяться полиуретановый эластомер. Эластичные пластины 2.1 и 2.2 выполнены V-образной формы и расположены своими торцевыми поверхностями относительно торцевых поверхностей верхней жесткой пластины 1.1, средней жесткой пластины 1.2 и нижней жесткой пластины 1.3 со смещением к центру упругой вставки.
1
1.1
1
1.1
1
Верхняя жесткая пластина 1.1, контактирующая в сборе буксового узла с рабочей поверхностью боковой рамы 4 и эластичной пластиной 2.1, выполнена в сечении с переменной толщиной (S), увеличивающейся от толщины (S) торцевой поверхности верхней жесткой пластины 1.1 до толщины (S) средней внутренней поверхности верхней жесткой пластины 1.1. Отношение толщины (S) торцевой поверхности верхней жесткой пластины 1.1 к толщине (S) средней поверхности верхней жесткой пластины составляет от 0,1 до 0,5.
Верхняя жесткая пластина 1.1 в сечении может быть выполнена в форме трапеции.
1.2
1.3
Средняя жесткая пластина 1.2, размещенная между эластичными пластинами 2.1 и 2.2, выполнена толщиной (S), а нижняя жесткая пластина 1.3 выполнена толщиной (S).
1.1
Толщина (S) торцевой поверхности верхней жесткой пластины 1.1 выполнена не менее 3 мм.
1
Толщина (S) средней внутренней поверхности верхней жесткой пластины 1.1 выполнена не менее 18 мм.
1.2
Толщина (S) торцевой поверхности средней жесткой пластины 1.2 выполнена не менее 3 мм.
1.3
Толщина (S) торцевой поверхности нижней жесткой пластина 1.3 выполнена не менее 5 мм.
Торцевые поверхности верхней жесткой пластины 1.1, торцевые поверхности средней жесткой пластины 1.2, размещенной между эластичными пластинами 2.1 и 2.2, и торцевые поверхности нижней жесткой пластины 1.3 выполнены с взаимным смещением по периметру относительно друг друга на величину (∆).
Величина (∆) взаимного смещения по периметру торцевых поверхностей верхней жесткой пластины 1.1, торцевых поверхностей средней жесткой пластины 1.2, размещенной между эластичными пластинами 2.1 и 2.2, и торцевых поверхностей нижней жесткой пластины 1.3 относительно друг друга составляет не более 1 мм.
Внешние поверхности верхней жесткой пластины 1.1 и нижней жесткой пластины 1.3 являются рабочими и выполнены по форме ответными контактирующими с ними в сборе буксового узла рабочими поверхностями боковой рамы 4 тележки и адаптера 5 буксового узла (см. фиг. 4 и фиг. 5).
Внешняя рабочая поверхность верхней жесткой пластины 1.1 контактирующая в сборе буксового узла с поверхностью боковой рамы выполнена со сторонами (а1) и (b1). Стороны (а1) и (b1) внешней рабочей поверхности верхней жесткой пластины 1.1 контактирующей в сборе буксового узла с рабочей поверхностью боковой рамы 4 составляют 200 мм и 240 мм.
Верхняя жесткая пластина 1.1, контактирующая в сборе буксового узла с поверхностью боковой рамы выполнена в форме трапеции.
Упругая вставка буксового узла тележки грузового вагона выполнена высотой (H). Высота (H) упругой вставки буксового узла тележки грузового вагона выполнена в интервале от 48,5 мм до 53,5 мм.
На фиг. 4 и фиг. 5 показана схема размещения упругой вставки в буксовом узле тележки грузового вагона, при этом рабочая поверхность боковой рамы тележки, контактирующая в сборе с внешней поверхностью верхней жесткой пластины 1.1 упругой вставки, выполнена со сторонами А и B.
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 вставка, как демпфирующий элемент буксового узла тележки грузового вагона, снижает ударные нагрузки от боковых рам на оси колесных пар и создает пространственные упругие связи между элементами тележки за счет жестких пластин 1 и слоев из эластичных пластин 2.
Примером реализации заявляемой полезной модели, для горизонтальной опорной поверхности буксового узла со сторонами A и B (см. фиг. 4, фиг. 5) может быть упругая вставка буксового узла тележки грузового вагона содержащая верхнюю жесткую пластину 1.1, среднюю жесткую пластину 1.2, нижнюю жесткую пластину 1.3 и расположенные между верхней жесткой пластиной 1.1 и средней жесткой пластиной 1.2 эластичную пластину 2.1. Эластичная пластина 2.2. расположена между средней жесткой пластиной 1.2 и нижней жесткой пластиной 1.3. Между собой верхняя жесткая пластина 1.1, средняя жесткая пластина 1.2, нижняя жесткая пластина 1.3 и эластичные пластины 2.1 и 2.2,  соединены посредством, например, клеевого соединения. Эластичные пластины 2.1 и 2.2 выполнены V-образной формы c толщиной (h), составляющей 11 мм.
Внешняя рабочая поверхность верхней жесткой пластины 1.1 контактирующая в сборе буксового узла с горизонтальной поверхностью боковой рамы выполнена со сторонами а1 = 200 мм и b1 = 240 мм.
Торцевые поверхности верхней жесткой пластины 1.1, торцевые поверхности средней жесткой пластины 1.2, размещенной между эластичными пластинами 2.1 и 2.2, и торцевые поверхности нижней жесткой пластины 1.3 выполнены с взаимным смещением по периметру относительно друг друга на величину (∆). Величина (∆) взаимного смещения по периметру торцевых поверхностей верхней жесткой пластины 1.1, торцевых поверхности средней жесткой пластины 1.2, размещенной между эластичными пластинами 2.1 и 2.2, и торцевых поверхностей нижней жесткой пластины 1.3 относительно друг друга составляет не более 1 мм.
1
1.1
1
1.1
1
Верхняя жесткая пластина 1.1, предпочтительно в сечении выполнена в форме трапеции, контактирующая в сборе буксового узла с рабочей поверхностью боковой рамы 4 и эластичной пластиной 2.1, выполнена в сечении с переменной толщиной (S), увеличивающейся от толщины (S) торцевой поверхности верхней жесткой пластины 1.1 до толщины (S) средней внутренней поверхности верхней жесткой пластины 1.1. Отношение толщины (S) торцевой поверхности верхней жесткой пластины 1.1 к толщине (S) средней поверхности верхней жесткой пластины составляет от 0,1 до 0,5.
1.1
1
Толщина (S) торцевой поверхности верхней жесткой пластины 1.1 составляет 3 мм, а толщина (S) средней внутренней поверхности верхней жесткой пластины 1.1 составляет 18 мм.
1.2
1.3
Средняя жесткая пластина 1.2, размещенная между эластичными пластинами 2.1 и 2.2, выполнена толщиной (S) составляющей 3 мм, а нижняя жесткая пластина 1.3 выполнена толщиной (S) составляющей 5 мм.
1.1
1
Отношение толщины (S) торцевой поверхности верхней жесткой пластины 1.1 к толщине (S) средней поверхности верхней жесткой пластины, при указанных выше значениях составляет 0,17.
Упругая вставка буксового узла тележки грузового вагона выполнена высотой (H). Высота (H) упругой вставки буксового узла тележки грузового вагона составляет 51 мм.
Верхняя жесткая пластина 1.1, средняя жесткая пластина 1.2 и нижняя жесткая пластина 1.3, и эластичные пластины 2.1 и 2.2 реализованные по заявленной полезной модели обеспечивают несущую способность упругой вставки, не влияя на ее упругие деформации.
1
1.1
1.2
1.3
Уменьшение величин предложенных параметров толщины (S) и (S) верхней жесткой пластины 1.1, толщина (S) средней жесткой пластины 1.2, толщины (S) нижней жесткой пластина 1.3, с одновременным увеличением величины (∆) взаимного смещения по периметру торцевых поверхностей верхней жесткой пластины 1.1, торцевых поверхностей средней жесткой пластины 1.2, размещенной между эластичными пластинами 2.1 и 2.2, и торцевых поверхностей нижней жесткой пластины 1.3 относительно друг друга, а также толщины (h) эластичных пластин 2.1 и 2.2, и высоты (H) упругой вставки буксового узла приведет к снижению эксплуатационной надежности буксового узла и долговечности упругой вставки 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.