ТЕЛЕЖКА РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
RAILWAY VEHICLE BOGIE

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и касается конструкции тележки рельсового транспортного средства.
Прототипом является тележка электровоза ЭП10, имеющая две колесные пары, раму тележки сварной конструкции с продольными балками (боковинами), имеющими ровный горизонтальный верхний лист, опирающуюся на буксы колесных пар через пружины, опоры кузова в виде упругих сжатых телескопических стержней, шарнирно опирающихся двумя концами на сферические шарниры, наклонную тягу, гидродемпферы установленные между каждой буксой и рамой тележки, вертикальные гидродемпферы, кузовной ступени подвешивания, четыре антивилятельных гидродемпфера, тяговые двигатели, установленные на раме тележки, тяговые редуктора, опирающиеся одним концом на оси колесных пар, а другим концом прикрепленные к раме тележки. Крутящий момент от тягового двигателя к редуктору передается при помощи передаточного механизма. Каждая букса колесной пары связана с рамой тележки двумя буксовыми тягами с резинометаллическими шарнирами. Тележка оборудована тормозной системой, выполненной с двухсторонним нажатием чугунных безгребневых колодок с приводом от одного десятидюймового тормозного цилиндра на каждое ходовое колесо и передачей силы нажатия от тормозного цилиндра на колодки при помощи рычажной тормозной передачи. (И.Ф.Кодинцев, Е.В.Бабков. Электровоз двойного питания ЭП10: особенности конструкции и электрических схем. Экипажная часть. - М.: Журнал «Локомотив», №11, 1999, - с.9-11, рис.1.)
Однако известная конструкция тележки электровоза ЭП10 имеет следующие недостатки:
- зубчатое колесо тягового редуктора жестко закреплено на оси колесной пары, корпус редуктора одним концом через подшипники опирается на центр зубчатого колеса, а вторым - крепится через подвеску к раме тележки. При движении тележки по неровностям рельсового пути возникают вертикальные колебания рамы тележки. Эти колебания вызывают поворот корпуса редуктора и жестко закрепленного в нем блока шестерни вокруг оси колесной пары. Поворот шестерни относительно зубчатого колеса становится причиной возникновения в тяговом приводе знакопеременного паразитного динамического момента, который приводит к снижению ресурса зубчатых колес, подшипников и элементов передаточного механизма, установленного между тяговым двигателем и тяговым редуктором, а также ухудшает тяговые свойства электровоза;
- колесные пары с опорно-осевым редуктором и двухповодковой буксой имеют высокий неподрессоренный вес, что ухудшает воздействие электровоза на путь;
- рычажная тормозная передача с двухсторонним нажатием чугунных безгребневых колодок на колесо с приводом от одного тормозного цилиндра на каждое ходовое колесо имеет высокий вес и при торможении оказывает фрикционное и термическое воздействие на круг катания ходового колеса, что снижает его ресурс;
- рычажная тормозная передача не имеет регулятора выхода штока, что требует ее регулировки по достижению предельной величины выхода штока тормозного цилиндра, вызванного износом колодок;
- тележка не оборудована гребнесмазывателем, что снижает ресурс ходовых колес, вызванных подрезом гребней;
- тележка не имеет автоматического стояночного тормоза, что теоретически снижает безопасность движения, так как существует вероятность ухода электровоза (имеет место влияние человеческого фактора) со станции или с перегона при незатянутом ручном тормозе;
- ручной тормоз электровоза включает колонку ручного тормоза, систему рычагов и балансиров, что требует затрат на ремонт и обслуживание и увеличивает вес электровоза;
- продольные балки рамы тележки имеют ровный горизонтальный верхний лист, поэтому опоры кузова выступают в кузов на большую величину, что снижает его полезный объем для размещения оборудования;
- рама тележки, имеющая комплект буксовых кронштейнов для двухповодковой буксы, имеет более высокий вес и затраты на сборку и механическую обработку, чем рама тележки, имеющая комплект буксовых кронштейнов для одноповодковых букс.
Задача - увеличение скорости движения, мощности, силы тяги и снижение эксплуатационных расходов рельсового транспортного средства.
Задача решается тем, что в предлагаемой тележке тяговые двигатели и редукторы объединены попарно в блоки мотор-редуктора, закрепленные на раме тележки, причем редуктор имеет корпус силовой конструкции, вал шестерни и вал зубчатого колеса размещаются в корпусе редуктора, при этом корпус редуктора выполняет функции подшипникового щита двигателя, передача крутящего момента от редуктора на колесную пару осуществляется передаточным механизмом в виде полого вала, охватывающего ось колесной пары и двух муфт, причем колесные пары имеют одноповодковые буксы, пружины рессорного подвешивания устанавливаются на кронштейны корпуса буксы, расположенные выше оси буксовой тяги, причем продольная ось буксовой тяги пересекает продольную ось колесной пары, между корпусом буксы и рамой тележки установлены гидродемпферы, причем продольная ось гидродемпфера пересекает ось колесной пары, силы тяги и торможения от тележки на кузов передаются наклонной тягой, шарнирно соединенной одним концом с кронштейном на нижнем листе средней балки рамы тележки, а другим концом шарнирно соединенной с вилкой буферного устройства двойного действия на кронштейне рамы кузова, при этом центр поворота в шарнире наклонной тяги на тележке совпадает с осью поворота тележки, опоры кузова в виде упругих сжатых телескопических стержней, шарнирно опирающихся двумя концами на сферические шарниры, устанавливаются на минимально возможном расстоянии друг от друга в направлении продольной оси боковины рамы тележки, а четыре вертикальных гидродемпфера, по два с каждой стороны тележки, разнесены от центра тележки, два антивилятельных гидродемпфера установлены с одной стороны от поперечной оси тележки или, как вариант, по диагонали относительно поперечной оси тележки, колеса оборудованы дисковыми тормозами с автоматическим регулятором зазора между тормозной накладкой и тормозным диском и автоматическим стояночным тормозом, каждое колесо оборудовано чистящим блоком и форсункой гребнесмазывателя, рама тележки сварной конструкции с изогнутыми в вертикальной плоскости боковинами или, как вариант, с боковинами, имеющими прямой горизонтальный верхний лист, соединенными средней и двумя концевыми балками в единую конструкцию.
Отличием от прототипа является то, что тяговые двигатели и редукторы объединены попарно в блоки мотор-редуктора, закрепленные на раме тележки, редуктор имеет корпус силовой конструкции, вал шестерни и вал зубчатого колеса размещаются в корпусе редуктора, а корпус редуктора выполняет функции подшипникового щита двигателя, передача крутящего момента от редуктора на колесную пару осуществляется передаточным механизмом в виде полого вала, охватывающего ось колесной пары и двух муфт, колесные пары имеют одноповодковые буксы, пружины рессорного подвешивания устанавливаются на кронштейны корпуса буксы, расположенные выше оси буксовой тяги, причем продольная ось буксовой тяги пересекает продольную ось колесной пары, между корпусом буксы и рамой тележки установлены гидродемпферы, причем продольная ось гидродемпфера пересекает ось колесной пары, опоры кузова в виде упругих сжатых телескопических стержней установлены на минимально возможном расстоянии друг от друга и от поперечной оси тележки в направлении продольной оси боковины рамы тележки, по два с каждой стороны тележки, разнесенные от центра тележки, два антивилятельных гидродемпфера установлены с одной стороны от поперечной оси тележки, колеса оборудованы дисковыми тормозами с автоматическим регулятором зазора между тормозной накладкой и тормозным диском, и автоматическим стояночным тормозом, каждое колесо оборудовано чистящим блоком и форсункой гребнесмазывателя, рама тележки сварной конструкции с изогнутыми в вертикальной плоскости боковинами, или как вариант с боковинами, имеющими прямой горизонтальный верхний лист, соединенными средней и двумя концевыми балками.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является уменьшение воздействия колесных пар тележки на путь как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении, увеличение скорости движения, мощности и силы тяги рельсового транспортного средства, уменьшение подрезов гребней и износов ходовых колес по кругу катания, уменьшение силового воздействия на тяговую зубчатую передачу и подшипники редуктора. Техническим результатом предлагаемого изобретения являются также увеличение срока службы зубчатой передачи, подшипников тягового редуктора, ходовых колес и снижение эксплуатационных затрат на обслуживание и ремонт тележек.
В предлагаемой тележке рельсового транспортного средства тяговые двигатели и редукторы, объединенные попарно в блоки мотор-редуктора, закреплены на раме тележки. Редуктор имеет корпус силовой конструкции, вал шестерни и вал зубчатого колеса установлены в корпусе редуктора. Тяговый двигатель не имеет с выходной стороны подшипникового щита, его функции выполняет корпус редуктора, который соединен с корпусом тягового двигателя. Такая конструкция позволяет увеличить мощность тягового двигателя за счет увеличения его активной длины и снизить суммарный вес тягового двигателя и тягового редуктора. При опорно-рамном подвешивании тягового двигателя и редуктора, объединенных в единый блок мотор-редуктора, тяговая зубчатая передача защищена от действия паразитного динамического момента, который возникает в случае применения опорно-рамной подвески тягового двигателя и опорно-осевого редуктора, который одним концом опирается на ось колесной пары, а другим - подвешен к раме тележки, в этом случае вертикальные перемещения рамы тележки вызывают осевой поворот корпуса редуктора и жестко закрепленного в нем вала шестерни относительно оси колесной пары, на ось которой посажено зубчатое колесо, что и становится причиной возникновения паразитного динамического момента.
Колесные пары имеют одноповодковые буксы, что обеспечивает снижение обрессоренной и неподрессоренной масс тележки, что в свою очередь снижает воздействие ходовых колес на путь. Применение одноповодковой буксы снижает затраты на изготовление рамы тележки, корпуса буксы и буксовых тяг, а также снижает эксплуатационные затраты, связанные с ремонтом узла, демонтажем и монтажом тележки.
Для передачи силы тяги и торможения в конструкции тележки применена наклонная тяга, шарнирно соединенная с кронштейном на нижнем листе среднего бруса рамы тележки, а другим концом шарнирно соединенной с вилкой буферного устройства двойного действия на кронштейне рамы кузова. Центр поворота в шарнире наклонной тяги на тележке совпадает с осью поворота тележки, что позволяет избежать паразитного момента, препятствующего повороту тележки в кривом участке пути или при перекосе тележки в прямом участке пути, поэтому наклонная тяга, прикрепленная к кронштейну на среднем брусе рамы тележки, уменьшает подрез гребней колесных пар.
Дисковый тормоз, установленный на тележке, исключает механическое и термическое воздействие на круг катания ходового колеса, тем самым увеличивает его ресурс. Клещевой блок дискового тормоза оборудован автоматическим регулятором зазора между накладкой и тормозным диском и автоматическим стояночным тормозом. Эти устройства снижают затраты на обслуживание тормозов и повышают безопасность движения.
Для восстановления сцепления колеса с рельсом устанавливаются чистящие блоки, по одному на колесо. Чистящие блоки оборудованы колодкой, которая прижимается с небольшой силой к кругу катания колеса по мере необходимости и, таким образом, очищает круг катания колеса от загрязнений.
Тележка оборудована гребнесмазывателем с установкой четырех форсунок для подачи смазки на гребень каждого колеса. Смазка подается на гребни одной колесной пары, в зависимости от направления движения. Таким образом, улучшаются условия смазки в зоне контакта гребня колеса и рельса, снижается интенсивность износа гребня колеса и рельса и тем самым увеличивается их ресурс.
Опоры кузова в виде телескопических упругих стержней установлены на минимальном расстоянии друг от друга в направлении продольной оси боковины рамы тележки. Такое расположение опор кузова снижает момент, препятствующий повороту тележки в кривом участке пути и при перекосе тележки в пределах зазоров в колее в прямом участке пути до минимального значения, так как в этом случае расстояние от центра поворота тележки до оси опоры кузова имеет минимальное значение. А так как момент, препятствующий повороту тележки, равен произведению силы в опоре, препятствующей повороту тележки, на расстояние до центра поворота, то его значение также будет минимальным. Снижение момента, препятствующего повороту тележки, способствует снижению силы прижатия колеса к рельсу и тем самым снижает износ гребней колес и рельсов. Опоры кузова позволяют компенсировать большие поперечные перемещения кузова относительно тележек.
Для демпфирования вертикальных колебаний установлены четыре вертикальных гидродемпфера, по два с каждой стороны тележки. Гидродемпферы разнесены от центра тележки. Это способствует демпфированию не только вертикальных колебаний кузова, но и галлопирования тележки. Для демпфирования колебаний виляния тележки в рельсовой колее установлены два антивилятельных гидродемпфера с одной стороны от поперечной оси тележки или, как вариант, по диагонали от поперечной оси тележки.
Изогнутые боковины рамы тележки позволяют разместить опоры кузова таким образом, что верхние торцы опор выступают в кузов на минимальное расстояние, это позволяет более полно использовать объем кузова для размещения оборудования, что позволяет разместить комплект оборудования в кузове меньшей длины.
На фиг.1 представлен общий вид предлагаемой тележки в двухосном исполнении с изогнутыми в вертикальной плоскости боковинами рамы тележки и двумя антивилятельными гидродемпферами, установленными с одной стороны от поперечной оси тележки.
На фиг.2 представлен общий вид предлагаемой тележки в двухосном исполнении с боковинами рамы тележки, имеющими прямой горизонтальный верхний лист и двумя антивилятельными гидродемпферами, установленными с одной стороны от поперечной оси тележки.
На фиг.3 представлен общий вид предлагаемой тележки в двухосном исполнении с изогнутыми в вертикальной плоскости боковинами рамы тележки и двумя антивилятельными гидродемпферами, установленными по диагонали от поперечной оси тележки.
На фиг.4 представлен общий вид предлагаемой тележки в двухосном исполнении с боковинами рамы тележки, имеющими прямой горизонтальный верхний лист, и двумя антивилятельными гидродемпферами, установленными по диагонали от поперечной оси тележки.
Тележка состоит из двух колесных пар (1), которые имеют одноповодковые буксы (2) с буксовыми пружинами (3) и буксовыми тягами (4), сварной рамы тележки (5), опирающуюся на буксы (2) колесных пар через пружины (3). На раме тележки (5) закреплены мотор-редукторные блоки (6), состоящие из тягового электродвигателя и тягового редуктора. Передача крутящего момента от мотор-редукторного блока (6) к колесной паре (1) осуществляется при помощи передаточного механизма (7) в виде полого вала и двух поводковых муфт. Тележка оборудована дисковыми тормозами (8) с автоматическим регулятором зазора между накладкой и тормозным диском и автоматическим стояночным тормозом и гребнесмазывателями (9). Для очистки круга катания ходового колеса от загрязнений установлены чистящие блоки (10). Передача силы тяги и торможения от колесной пары (1) на раму тележки (5) осуществляется буксовыми тягами (4), которые устанавливаются по одной на буксу (2). Продольная ось буксовой тяги (4) пересекает продольную ось колесной пары (1). Для передачи силы тяги и торможения установлена наклонная тяга (11), прикрепленная к кронштейну на нижнем листе средней балки рамы тележки (5). Рама тележки (5) состоит из двух продольных изогнутых боковин, соединенных между собой двумя концевыми балками и средней балкой. Для демпфирования колебаний рамы тележки (5) относительно колесных пар (1) на каждой буксе (2) устанавливается гидродемпфер (12). На тележке установлено четыре опоры кузова (13). Опоры кузова (13) конструктивно выполнены в виде упругих сжатых телескопических стержней, шарнирно опирающихся двумя концами на сферические шарниры. Для демпфирования колебаний кузова относительно тележки установлены четыре вертикальных гидродемпфера (14). Для демпфирования колебаний виляния тележки установлены два антивилятельных гидродемпфера (15).
Тележка работает следующим образом. При подаче питающего напряжения на тяговые двигатели блока мотор-редуктора (6) они начинают вращаться и вращающий момент через редуктор, объединенный с тяговым двигателем в единый блок мотор-редуктора (6), и передаточный механизм (7), состоящий из полого вала и двух муфт, передается на ходовые колеса, которые преобразуют вращающий момент в поступательное движение рельсового транспортного средства. Передача силы тяги, возникающей в контакте колеса и рельса от колесной пары (1) на раму тележки (5), осуществляется через буксовые тяги (4) одноповодковых букс (2), продольная ось которых пересекает ось колесной пары (1). От рамы тележки (5) сила тяги передается на раму кузова при помощи наклонной тяги (11), закрепленной одним концом к кронштейну на нижнем листе среднего бруса рамы тележки (5), а другим концом к вилке буферного устройства двойного действия на кронштейне рамы кузова. При проезде тележкой вертикальных неровностей пути возникающая дополнительная вертикальная нагрузка воспринимается пружинами (3) буксового рессорного подвешивания и опорами кузова (13), таким образом, снижается вертикальное воздействие рельсового транспортного средства на путь. Энергия вертикальных колебаний, возникающих при проезде вертикальных неровностей пути, демпфируется гидродемпферами (12), установленными в буксовой ступени подвешивания между корпусом буксы (2) и рамой тележки (5) и вертикальными гидродемпферами (14), установленными в кузовной ступени подвешивания между рамой тележки (5) и рамой кузова.
При проезде рельсовым транспортным средством горизонтальных неровностей пути инерционная сила сдвигает надрессорное строение тележки и рельсового транспортного средства от их продольной оси в поперечном направлении, при этом в буксовых узлах (пружинах (3) буксового рессорного подвешивания и резинометаллических шарнирах буксовых тяг (4)), возникает поперечная возвращающая сила, пропорциональная величине смещения и жесткости этих узлов. Опоры кузова (13) не препятствуют поперечному смещению кузова рельсового транспортного средства в поперечном направлении под воздействием инерционной силы. Энергия поперечных горизонтальных колебаний надрессорнного строения тележки частично поглощается за счет диссипативных свойств резиновых элементов шарниров буксовых тяг (4), частично демпфируется вертикальными гидродемпферами (12) буксовой ступени подвешивания за счет отклонения их от вертикальной оси.
При прохождении кривых участков пути происходит поворот тележки относительно кузова, поэтому происходит угловой поворот наклонной тяги (11) относительно продольной оси кузова. Так как ось поворота наклонной тяги (11) совпадает с осью поворота тележки, то в системе наклонной тяги не возникает паразитного момента от силы тяги, препятствующего повороту тележки, и поэтому не возникает дополнительной боковой силы в зоне контакта колеса и рельса, что способствует снижению износа и увеличению ресурса ходовых колес и рельсов. Виляние тележки при движении демпфируется двумя антивилятельными гидродемпферами (15).
При пневматическом торможении, тормозные накладки клещевых блоков дискового тормоза (8) прижимаются к тормозным дискам, установленным на диске ходового колеса, в зоне их контакта образуется тормозная сила, препятствующая вращению ходового колеса. Так как трение происходит в специальных устройствах (между тормозной накладкой и тормозным диском), то круг катания колеса не испытывает фрикционных и тепловых воздействий, что способствует увеличению ресурса ходового колеса.
Клещевые блоки дискового тормоза (8) оборудованы автоматическим регулятором зазора между накладкой и тормозным диском, что снижает эксплуатационные затраты на обслуживание дисковых тормозов. Клещевые блоки дискового тормоза (8) оборудованы автоматическим стояночным тормозом, что способствует повышению безопасности движения, так как исключает несанкционированный уход остановленного рельсового транспортного средства со станции или перегона и снижает эксплуатационные затраты по сравнению с эксплуатацией ручного стояночного тормоза с приводом от колонки ручного тормоза. Для очистки круга катания ходовых колес применены чистящие блоки (10), которые устанавливаются по одному на колесо и включаются по мере необходимости для восстановления сцепления колеса с рельсом.
Таким образом, заявленная тележка рельсового транспортного средства значительно уменьшает воздействие колесных пар тележки на путь как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении, увеличивает скорость движения, мощность и силу тяги рельсового транспортного средства, что в свою очередь позволяет увеличить пропускную способность железных дорог и снизить затраты на перевозки. Предложенная конструкция тележки позволяет уменьшить подрез гребней, износ ходовых колес по кругу катания и износ рельсов, уменьшить силовое воздействие на тяговую зубчатую передачу и подшипники редуктора и увеличить срок службы зубчатой передачи, подшипников тягового редуктора, ходовых колес, снизить эксплуатационные затраты на обслуживание и ремонт тележек.