ПРУЖИННЫЙ КОМПЛЕКТ ДЛЯ ПОДВЕШИВАНИЯ ТЕЛЕЖКИ ГРУЗОВОГО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ВАГОНА

Полезная модель относится к подвижному составу железнодорожного транспорта и может быть использована в конструкциях тележек грузовых вагонов.
Эксплуатируемые двухосные тележки грузовых вагонов (Вагоны / Под ред. Л.А.Шадура. - М.: Транспорт, 1980. - 439 с.), содержат две боковые рамы, опирающиеся на буксы колесных пар, и воспринимающие нагрузку от надрессорной балки посредством подвешивания, состоящего из семи двухрядных пружин и двух фрикционных клиньев. Фрикционные клинья обеспечивают гашение силами трения, развиваемыми между ними и боковыми рамами, зависящими от величины сжатия пружин, на которые они опираются. Пружины под надрессорной балкой несут основной вес вагона и оказывают сопротивление относительному продольному смещению между боковыми рамами («забеганию» боковых рам), сопротивляясь повороту надрессорной балки относительно боковой рамы в плане за счет своей горизонтальной жесткости.
Комплект состоит из двухрядных (наружных и внутренних) цилиндрических пружин, имеющих одинаковую высоту в свободном состоянии. Высота внутренних пружин в сжатом до соприкосновения витков состоянии на 5,5 мм больше, чем наружных. Для обеспечения трения между фрикционным клином и боковой рамой по мере износа клина, новые клинья выполнены таким образом, что их опорная поверхность на пружины ниже, чем опорная поверхность надрессорной балки, на 4..12 мм. По мере износа клина происходит его завышение по отношению к надрессорной балке, то есть уменьшается поджатие пружин под клиньями и трение в подвешивании.
Такая конструкция двухосной тележки имеет следующие недостатки, обусловленные конструкцией комплекта пружин центрального рессорного подвешивания.
Комплект состоит из пружин одинаковой высоты в свободном состоянии с линейной зависимостью прогиба от действующей силы. Вертикальная и поперечная жесткость пружин не меняется при загрузке вагона, что приводит к увеличению частот колебаний порожних и малозагруженных вагонов и росту действующих на них ускорений. При скоростях движения 50..60 км/ч коэффициенты динамики порожних вагонов значительно хуже, чем у груженых, что приводит к ограничению скорости движения порожних составов.
Размещение в подвешивании семи пружин обеспечивает недостаточное сопротивление «забеганию» боковых рам, что приводит к возникновению извилистого движения колесных пар уже при скорости 70 км/ч и выше, преждевременному износу гребней колес груженых вагонов и необходимости их переточки после пробега 60..100 тыс.км.
В порожнем режиме запас на износ фрикционного клина без потери подвешиванием демпфирующей способности сопоставим с прогибом расположенной под ним пружины (5..8 мм). При существующих темпах износа клиньев это обеспечивает пробег вагона в эксплуатации до их замены не более 160 тыс.км.
Высота внутренней пружины в сжатом состоянии на 5,5 мм больше, чем наружной, что приводит к тому, что при ударах вагона с горок, вызывающих смыкание витков пружин, всю нагрузку воспринимают внутренние пружины, которые в результате подвержены более частым изломам в эксплуатации, что снижает надежность подвешивания.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является конструкция тележки грузового вагона (варианты) (Свидетельство на полезную модель RU 16482, B61F 5/00 от 01.10.2001 г.).
В данной тележке применен рессорный комплект двухрядных пружин, состоящих из наружной и внутренней пружин, двухрядные пружины, воспринимающие нагрузку от надрессорной балки, выполнены с разной высотой наружной и внутренней пружин, а двухрядные пружины, воспринимающие нагрузку от фрикционных клиньев, выполнены равными по высоте большей из пружин, воспринимающих нагрузку от надрессорной балки.
Рессорный комплект обеспечивает уменьшенную жесткость пружин подвешивания под весом порожних и малозагруженных вагонов и снижение действующих ускорений.
Недостатком рессорного комплекта пружин является недостаточный запас прогиба расположенной под клином пружины на ее износ без потери подвешиванием демпфирующей способности, который определяется занижением клина относительно надрессорной балки при одинаковой высоте подклиновой пружины и самой высокой пружины под надрессорной балкой.
Также не решен вопрос повышения сопротивления подвешивания «забеганию» боковых рам и увеличения долговечности колес тележек грузовых вагонов.
Задачей полезной модели является разработка пружинного комплекта для подвешивания тележки грузового железнодорожного вагона, обеспечивающего порожнему и груженому вагону близкие ходовые качества
Технический результат заключается в повышении надежности подвешивания тележки за счет одинаковой высоты пружин в сжатом состоянии, повышении долговечности фрикционных клиньев за счет увеличения запаса на их износ, повышении долговечности колесных пар за счет увеличения связанности боковых рам.
Технический результат достигается тем, что пружинный комплект для подвешивания тележки грузового вагона, воспринимающей нагрузку через фрикционные клинья и надрессорную балку, включает симметрично расположенные двухрядные пружины, состоящие из внутренних и наружных витых цилиндрических пружин, расположенных под фрикционными клиньями и под надрессорной балкой Внутренние пружины под фрикционными клиньями, наружные пружины под фрикционными клиньями, внутренние пружины под надрессорной балкой, наружные пружины под надрессорной балкой выполнены в порядке убывания высоты в свободном состоянии и имеют одинаковую высоту при сжатии до смыкания витков.
Пружинный комплект включает девять симметрично расположенных двухрядных наружных и внутренних витых цилиндрических пружин, на две из которых опираются фрикционные клинья, а семь расположены под надрессорной балкой.
В комплекте пружин наружная пружина под фрикционным клином по номинальному размеру может быть короче внутренней на 5 мм, а внутренняя под надрессорной балкой - на 10 мм. Наружная пружина под надрессорной балкой может быть короче внутренней на 35 мм.
Диаметры прутков пружин могут составлять 14 мм для внутренних пружин под фрикционными клиньями, 22 мм для наружных пружин под фрикционными клиньями, 14 мм для внутренних пружин под надрессорной балкой, 25 мм для наружных пружин под надрессорной балкой.
Рабочее число витков может составлять 10,86 для внутренних пружин под фрикционными клиньями, 6,55 для наружных пружин под фрикционными клиньями, 10,86 для внутренних пружин под надрессорной балкой, 5,64 для наружных пружин под надрессорной балкой.
Симметричный комплект девяти двухрядных пружин с увеличенной высотой пружин под фрикционными клиньями и внутренних пружин под надрессорной балкой, имеющих одинаковую высоту в сжатом до смыкания витков состоянии, повышает надежность пружин при ударах, увеличивает запас на износ фрикционных клиньев, обеспечивает пониженную жесткость подвешивания под весом порожнего вагона, увеличивает связанность боковых рам, что, в целом, улучшает ходовые качества порожних вагонов, долговечность и надежность тележек.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг.1 показан комплект пружин центрального рессорного подвешивания тележки грузового вагона в свободном состоянии.
Комплект (фиг.1), состоящий из симметрично расположенных девяти двухрядных (наружная и внутренняя) витых цилиндрических пружин, на две из которых опираются фрикционные клинья 1, а семь расположены под надрессорной балкой 2, имеет внутренние пружины 3 под фрикционными клиньями, наружные пружины 4 под фрикционными клиньями, внутренние пружины 5 под надрессорной балкой, наружные пружины 6 под надрессорной балкой, выполненные в порядке убывания высоты. Самой высокой пружиной в комплекте является внутренняя 3 под фрикционным клином, наружная 4 под фрикционным клином короче нее (может быть на 5 мм), а также внутренняя 5 под надрессорной балкой (может быть на 10 мм). Наружная пружина 6 под надрессорной балкой короче внутренней (может быть на 35 мм).
Пружины комплекта при сжатии до смыкания витков имеют одинаковую высоту.
Диаметры прутков пружин могут составлять 14 мм для внутренних пружин под фрикционными клиньями, 22 мм для наружных пружин под фрикционными клиньями, 14 мм для внутренних пружин под надрессорной балкой, 25 мм для наружных пружин под надрессорной балкой.
Рабочее число витков может составлять 10,86 для внутренних пружин под фрикционными клиньями, 6,55 для наружных пружин под фрикционными клиньями, 10,86 для внутренних пружин под надрессорной балкой, 5,64 для наружных пружин под надрессорной балкой.
Пружинный комплект работает в подвешивании тележки грузового железнодорожного вагона следующим образом.
При установке тележки с комплектом пружин под порожний вагон, его основной вес передается на внутренние пружины 5 под надрессорной балкой, имеющие меньшую осевую и радиальную жесткость, чем наружные 6. За счет разности в высоте внутренних и наружных пружин (наружные пружины короче), порожний вагон при движении совершает колебания на мягких внутренних пружинах, что значительно снижает действующие ускорения и улучшает его ходовые качества. Расчетный статический прогиб подвешивания в 2..2,5 раза больше, чем у тележек с пружинными комплектами-аналогами.
При загрузке вагона поджимаются также наружные пружины 6 под надрессорной балкой, жесткость подвешивания увеличивается. При этом, соотношение массы порожнего вагона к жесткости подвешивания и груженого вагона к жесткости подвешивания остается приблизительно одинаковым, обеспечивая порожнему и груженому вагону близкие ходовые качества.
Увеличенная высота внутренней 3 и наружной 4 пружин под фрикционными клиньями по сравнению с пружинами под надрессорной балкой обеспечивает увеличенный запас на износ фрикционных клиньев без снижения демпфирования колебаний под порожним и груженым вагоном, за счет чего может быть увеличен межремонтный пробег до замены клиньев.
При ударном воздействии на тележку, например, при роспуске вагонов с горки, пружинный комплект может прогнуться до смыкания витков пружин. Благодаря одинаковой высоте всех пружин комплекта в сжатом состоянии, ударная нагрузка в пружинном комплекте распределяется равномерно, что способствует повышению его надежности.
В пружинном комплекте, состоящем из семи симметрично расположенных пружин, жесткость на поворот надрессорной балки составляет:
Ψ(7)
y(7)
a
2
c=6·c·
y(7)
a
2
где: c - поперечная жесткость одной пружины;  - расстояние от центра средней пружины комплекта до центра остальных пружин. Для комплекта из девяти симметрично расположенных пружин:
,
1
2
y(9)
где: b и b - см. на фиг.1; c - поперечная жесткость одной пружины.
y(7)
y(9)
1
a
При одинаковой горизонтальной жесткости комплектов пружин 7·c=9·c и одинаковых габаритах рессорного комплекта: b=, :
,
то есть жесткость на «забегание» боковых рам увеличена в 1,5 раза, что способствует снижению износов гребней колес и увеличению долговечности колесных пар.