Восьмиосный рельсовый экипаж
EIGHT-AXLE RAIL ROAD CARRIAGE

Изобретение относится к подвижному составу железных дорог и может быть использовано на различных видах экипажа железнодорожной техники: вагонах, путевых машинах, кранах.
Известны восьмиосные вагоны, содержащие кузов, опирающийся через пятниковые устройства и боковые опоры на две четырехосные тележки, каждая из которых состоит из двухосных тележек модели 18-100, связанных соединительной балкой с центральным подпятником и скользунами для опирания кузова и двух крайних пятников и скользунов снизу этой балки для опирания на подпятники надрессорных балок двухосных тележек (Альбом-справочник 002И-97 ПКЦВ «Грузовые вагоны железных дорог колеи 1520 мм» ПКБ департамента вагонного хозяйства МПС РФ, 1998 г. рис. 266, стр. 278).
Вертикальная нагрузка на двухосные тележки от кузова передается через длинную (4,2 м) соединительную балку, которая выполнена массивной (весом около 2,5 тс) для обеспечения ее прочности. Наличие трех пар трения в пятниковых устройствах тележки (две - между соединительной балкой и надрессорными балками двухосных тележек и одна - между пятой кузова и центральным подпятником соединительной балки) создает большой по величине момент сопротивления повороту четырехосной тележки относительно кузова, что повышает износ гребней колес и рельсов. Из-за высоких динамических и по воздействию на путь показателей скорость движения грузовых вагонов на четырехосных тележках, состоящих из двухосных тележек модели 18-100, не должна превышать 90 км/ч, а осевая нагрузка 22 тс.
Известен патент на изобретение, касающееся устройства для опирания кузова восьмиосного вагона на четырехосную тележку, состоящего из опор, расположенных на поперечных балках его рамы, симметрично относительно продольной оси вагона и включающих в себя подвижный в вертикальном направлении шток, снабженный на нижнем конце поворотным скользуном, взаимодействующим с направляющей, выполненной в соответствующей надрессорной балке тележки вагона, верхний конец штока размещен в прикрепленном к поперечной балке жестком корпусе и выполнен взаимодействующим с клином, установленным в корпусе с возможностью перемещения вдоль оси вагона, причем клинья двух рядом стоящих опор одной стороны вагона направлены суживающимися концами друг к другу и шарнирно соединены посредством тяги (авторское свидетельство SU №219612 А1, МПК B61D 3/00, опубл. 14.06.1968 г.).
Известен патент на изобретение, касающееся устройства для передачи от кузова восьмиосного вагона на тележку, скомплектованную из двух двухосных тележек с центральным подвешиванием, содержащее продольную тягу, связанную с кузовом и подпятниками надрессорных балок двухосных тележек, а также боковые опоры, при этом связь тяги с кузовом и подпятниками осуществлена через вертикальные угловые рычаги, вершины которых обращены друг к другу и взаимодействуют с наклонными поверхностями упоров, установленных на кузове по его продольной оси симметрии, вертикальные плечи связаны с концами тяги, а горизонтальные опираются на катковые вкладыши, установленные на подпятники и подвижные поперек (авторское свидетельство SU №420491 А1, МПК B61F 5/02, опубл. 25.03.1974 г.).
Известно опорное устройство кузова вагона на две двухосные тележки, содержащее несущую центральную пятниковую опору, соединительную балку, крайними пятниковыми опорами связанную с надрессорными балками тележек, несущими скользуны и опертые на них цилиндры с прорезями, через которые с возможностью продольного перемещения пропущены концы дополнительных балок, имеющих скользуны в средней части для взаимодействия с кузовом, при этом цилиндры оперты на скользуны через шариковые подшипники и в них закреплены разнесенные по вертикали роликовые опоры, контактирующие с противолежащими поверхностями концов дополнительных балок, причем одни из роликовых опор подпружинены относительно соответствующих цилиндров (патент RU №2051823 С1, МПК B61F 5/02, B61F 5/14 опубл. 10.01.1996 г.).
Недостатком указанных устройств является то, что из-за приходящейся на каждый скользун нагрузки до 20 тс при загруженном вагоне, сила трения в каждой паре «скользун-надрессорная балка» двухосных тележек будет создавать на плече поворота четырехосной тележки от центрального пятникового устройства максимальный момент сопротивления повороту, что ухудшит условия вписывания вагона в кривые и приведет к интенсивному износу гребней колес и рельсов.
Кроме того, конструктивное исполнение тележек не позволит увеличить скорости движения транспортного средства более 80-90 км/ч и осевую нагрузку более 22 тс по динамическим и по воздействию на путь показателям.
Известно восьмиосное рельсовое транспортное средство, содержащее кузов, опирающийся боковыми и центральными опорами на две четырехосные тележки, каждая из которых составлена из двух двухосных тележек, связанных соединительной балкой, содержащей сверху центральный подпятник для опирания пятника кузова и снизу два крайних пятника для опирания на подпятники надрессорных балок, снабженных боковыми скользунами, при этом центральный подпятник соединительной балки выполнен в виде втулки, а опирающийся на него пятник кузова - в виде трубы, соединенной с втулкой по скользящей посадке, а боковые опоры кузова опираются на боковые скользуны надрессорных балок, причем боковые опоры кузова выполнены в виде катков или пластин, а скользуны соответственно - в виде пластин или роликовых подшипников (патент RU №2601890 С1, МПК B61F 5/00, опубл. 10.11.2016 г.).
Недостатком указанного устройства является отсутствие упругости между надрессорными балками и рамой кузова, что ухудшит показатели вертикальной динамики вагона и будет недогружать одну из двухосных тележек, а другую двухосную тележку - перегружать, например, при проходе сортировочной горки.
За прототип принят экипаж 8-миосного вагона, содержащий боковую опору кузова со стаканом и размещенным в нем плунжером, опирающимся сферической поверхностью на вкладыш, и пружину, размещенную между дном стакана и плунжером, при этом опора снабжена гасителем колебаний, состоящим из подпружиненных фрикционных клиньев, взаимодействующих наклонной поверхностью с соответствующей поверхностью плунжера, а вертикальными поверхностями с ограничителем перемещения плунжера, выполненным в виде стержня, установленного в стакане с зазором относительно плунжера, при этом вкладыш является скользуном (авторское свидетельство SU №330058 А1, МПК B61F 5/14, опубл. 24.11.1972 г.).
Недостатком указанного устройства является сухое трение, возникающее между рабочими поверхностями вкладышей и скользунов на тележках, что будет способствовать большому значению момента сил трения, препятствующему повороту тележек в кривых, ухудшению вписывания рельсового экипажа.
Техническим результатом предполагаемого изобретения является снижение величины момента сил трения, препятствующего повороту четырехосной тележки относительно кузова, улучшение динамических и по воздействию на путь показателей в горизонтальной плоскости за счет использования в конструкции тележки соединительной балки, подвижной в поперечном направлении относительно кузова вагона.
Технический результат достигается тем, что в восьмиосном рельсовом экипаже, содержащем кузов, опирающийся на две четырехосные тележки, каждая из которых состоит из двух двухосных тележек, связанных соединительной балкой посредством пятниковых устройств, причем кузов соединен с серединой соединительной балки шкворнем и опирается через упругие элементы на скользуны надрессорных балок двухосных тележек, между кузовом и соединительной балкой на каждую надрессорную балку двухосных тележек дополнительно установлена поперечная балка с пятником, на концах которой выполнены упругие элементы, верхняя часть упругих элементов выполнена в виде роликовых опор с возможностью взаимодействия с кузовом экипажа, а нижняя часть упругих элементов размещена в стакане с возможностью взаимодействия со скользунами надрессорной балки, по концам соединительной балки выполнены отверстия для размещения в них пятников поперечных балок, опирающихся на подпятники надрессорных балок двухосных тележек, а в центре соединительной балки шкворневое гнездо выполнено с упругими элементами  и  жесткости для взаимодействия со шкворнем кузова и обеспечения возможности перемещения соединительной балки поперек оси пути относительно шкворня кузова, причем упругие элементы  жесткости выполнены длиной, обеспечивающей возможность их взаимодействия со шкворнем при перемещении соединительной балки на величину до ±20 мм, а упругие элементы  жесткости выполнены длиной, обеспечивающей возможность их взаимодействия со шкворнем при перемещении соединительной балки на величину от ±20 до ±40 мм, кроме того поперечные балки установлены с возможностью взаимодействия их концевых частей с ответными кронштейнами, закрепленными на раме кузова, для исключения поворота поперечных балок относительно кузова.
Сущность изобретения поясняется чертежами:
- на фиг. 1 изображена в аксонометрии четырехосная тележка;
- на фиг. 2 показано в аксонометрии опирание кузова на четырехосную тележку;
- на фиг. 3 изображен вид четырехосной тележки сбоку;
- на фиг. 4 изображено сечение четырехосной тележки по А-А на фиг. 3;
- на фиг. 5 изображено сечение четырехосной тележки по Б-Б на фиг. 3;
- на фиг. 6 изображена в аксонометрии соединительная балка.
Восьмиосный рельсовый экипаж (далее по тексту - экипаж), содержащий кузов 1, опирающийся на две четырехосные тележки, каждая из которых состоит из двух двухосных тележек 2, связанных соединительной балкой 3 посредством пятниковых устройств, причем кузов 1 соединен с серединой соединительной балки 3 шкворнем 4, закрепленным на кузове 1. Между кузовом 1 и соединительной балкой 3 на каждую надрессорную балку 5 двухосных тележек 2 дополнительно установлена поперечная балка 6 с пятником 7. На концевых частях поперечной балки 6 выполнены упругие элементы 8, причем верхняя часть упругих элементов 8 выполнена в виде роликовых опор 9 с возможностью взаимодействия с кузовом 1 экипажа, а нижняя часть упругих элементов 8 размещена в стакане 10 с возможностью взаимодействия со скользунами 11 надрессорной балки 5. Между дном стаканов 10 и поверхностью скользунов 11 надрессорных балок 5 предусмотрены зазоры. По концам соединительной балки 3 выполнены отверстия 12 (фиг. 6) для размещения в них пятников 7 поперечных балок 6, опирающихся на подпятники 13 надрессорных балок 5 двухосных тележек 2. В центре соединительной балки 3 выполнено шкворневое гнездо 14 с упругими элементами  15 и 16  жесткости для взаимодействия со шкворнем 4 кузова 1 и обеспечения возможности перемещения соединительной балки 3 поперек оси пути относительно шкворня 4 кузова 1. Упругие элементы меньшей 16 жесткости выполнены длиной, обеспечивающей возможность их взаимодействия со шкворнем 4 при перемещении соединительной балки 3 на величину до ±20 мм, а упругие элементы большей 15 жесткости выполнены длиной, обеспечивающей возможность их взаимодействия со шкворнем при перемещении соединительной балки 3 на величину от ±20 до ±40 мм. Поперечные балки 6 установлены с возможностью взаимодействия их концевых частей с ответными кронштейнами 17, закрепленными на раме кузова 1, для исключения поворота поперечных балок 6 относительно кузова 1.
Работа восьмиосного рельсового экипажа осуществляется следующим образом.
При движении экипажа его кузов 1 амортизируется от горизонтальных неровностей пути благодаря конструкции шкворневого гнезда 14 и роликовым опорам 9 на концевых частях поперечных балок 6. При горизонтальном смещении двухосных тележек из-за неровности пути в плане соединительная балка 3 вместе с поперечными балками 6 упруго перемещается на роликовых опорах 9 относительно шкворня 4 кузова 1, при этом в шкворневом гнезде 14 соединительной балки 3 один из упругих элементовжесткости 16 сжимается до величины ±20 мм, а затем, в случае большой неровности пути, сжимаются одновременно упругие элементы с  16 и  15 жесткостью до величины ±40 мм.
Упругие элементы  16 и 15  жесткости в шкворневом гнезде 14 создают нелинейную гибкую связь кузова 1 с двухосными тележками 2, аналогичную маятниковым подвескам. При этом жесткость С упругого элемента 16 задается в соответствии с рекомендациями [1] на длину L эквивалентного маятника из формулы:
Р - вертикальная нагрузка на тележку;
С - жесткость упругого элемента (в предложенной конструкции задается упругим элементом с меньшей 16 жесткостью).
В кривых участках пути поворот каждой четырехосной тележки происходит относительно шкворня 4, а двухосные тележки 2 с поперечными балками 6 смещаются благодаря роликовым опорам 9 и кронштейнам 17 перпендикулярно продольной оси кузова 1, при этом поворот двухосных тележек 2 осуществляется относительно пятников 7 в подпятниках 13 надрессорных балок 5 двухосных тележек 2. Момент сил, препятствующих повороту двухосных тележек 2, складывается из сил трения качения роликовых опор 9, что существенно ниже, чем силы трения скольжения в скользунах прототипа, и сил трения в паре пятник-подпятник 7 и 13 двухосных тележек.
В предлагаемом техническом решении подвижность соединительной балки в шкворневом гнезде осуществляется посредством упругих элементов различной жесткости, что обеспечивает гибкую нелинейную поперечную связь кузова с четырехосными тележками и существенно улучшает динамические показатели экипажа в горизонтальной плоскости при движении по прямым и кривым участкам пути. Вертикальные неровности пути при движении экипажа амортизируются рессорным подвешиванием двухосных тележек 2 и упругими элементами 8, установленными на поперечных балках 6, как второй ступени рессорного подвешивания.
Как показали расчеты гибкая нелинейная связь кузова с тележками и двухступенчатое рессорное подвешивание обеспечивают восьмиосному рельсовому экипажу удовлетворительные ходовые качества при скоростях движения до 120 км/ч, а снижение величины момента сил трения, препятствующего повороту тележек относительно кузова, уменьшает боковое воздействие на путь и способствует снижению износа гребней колес и рельсов.
[1] - Нормы для расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных). ГосНИИВ-ВНИИЖТ, М., 1996 г. стр. 178 3-й абзац сверху, 183 параграф 7.3.6.