Двухосная тележка для скоростного грузового вагона

Полезная модель предназначена для использования в скоростных грузовых поездах на железнодорожных путях колеи 1520 мм со скоростями до 140 км/ч, осевой нагрузкой до 22,5 тс.
Из патента № 2514982 на изобретение известна тележка грузового вагона, содержащая: две конструкции колесных пар, две боковые рамы, размещенные с внешних сторон конструкций колесных пар, гнезда под подшипники, размещенные с внешних сторон конструкций колесных пар и под боковыми рамами, надрессорную балку, жестко соединенную с центральными областями двух боковых рам, основные тормозные устройства, расположенные с двух сторон надрессорной балки, первый соединительный стержень и второй соединительный стержень, причем первый соединительный стержень и второй соединительный стержень Х-образно пересекаются, проходя через предусмотренные отверстия с двух сторон внутренней части надрессорной балки, при этом первый соединительный стержень и второй соединительный стержень отделены друг от друга в участке пересечения, первый соединительный стержень содержит первый конец и второй конец, второй соединительный стержень содержит третий конец и четвертый конец, при этом первый конец и третий конец упруго соединены с одной из боковых рам и являются симметричными относительно центральной линии надрессорной балки, а второй конец и четвертый конец упруго соединены с другой боковой рамой и являются симметричными относительно центральной линии надрессорной балки; и два опорных элемента, симметричных относительно центральной линии надрессорной балки, жестко размещены на каждой из боковых рам, соответственно, при этом опорные элементы предусмотрены с коническими резиновыми втулками, и первый конец и второй конец, третий конец и четвертый конец, соответствующим образом, упруго соединены с опорными элементами посредством конических резиновых втулок.
Недостатком тележки по патенту № 2514982 являются высокие динамические нагрузки на тележку и вагон в целом, возможный перекос колесных пар относительно пути, что снижает устойчивость вагона от схода с рельс при больших скоростях, недостаточная плавность хода вагона.
Из патента № 173190 на полезную модель известна тележка трамвая со 100%-ным низким уровнем пола, содержащая раму, образованную из соединенных друг с другом продольных и поперечных балок, шкворневую балку, опирающуюся с подрессориванием на продольные балки, две колесные пары, каждая из которых содержит ось с неподвижно закрепленными на ней колесами, закрепленный на каждом колесе и подрессоренный относительно продольной балки посредством резино-металлического амортизатора буксовый корпус с подшипником, двигатели кинематически соединенные с редукторами, при этом редуктор кинематически соединен с осью колеса, буксовый корпус с подшипником расположен с внутренней стороны каждого колеса, а каждая поперечная балка шарнирно соединена с одной из продольных балок.
Тележка по патенту № 173190 выбрана в качестве наиболее близкого аналога.
Недостатком тележки по патенту № 173190 в случае ее использования в вагонах скоростных поездов является следующее:
- высокие динамические ударные нагрузки на колесную пару и вагон в целом;
- необеспеченность тормозной эффективностью при движении со скоростью до 140 км/ч.
Техническая проблема, решаемая предлагаемой полезной моделью – создание тележки для вагонов скоростных поездов, обладающей высокой устойчивостью в движении, надежностью.
Технический результат, достигаемый заявляемой полезной моделью – повышение надежности, плавности и устойчивости в движении двухосной тележки для скоростных грузовых вагонов, снижение износа колес.
Заявляемый технический результат достигается за счет того, что в двухосной тележке для скоростного грузового вагона, содержащей раму, образованную из соединенных друг с другом двух продольных   и двух поперечных балок, расположенных между двумя продольными балками, представляющими собой боковые рамы тележки,  надрессорную балку, опирающуюся с обоих концов на пружины рессорных узлов каждой боковой рамы, поперечные балки расположены с противоположных сторон надрессорной балки, две колесные пары, каждая из которых содержит ось с закрепленными на ней колесами, закрепленный на каждом конце оси колесной пары буксовый узел с подшипником, при этом буксовый узел выполнен обеспечивающим упругое взаимодействие боковой рамы с осью колесной пары, каждая поперечная балка одним концом жестко соединена с  одной продольной балкой, а другим концом шарнирно соединена с другой продольной балкой через кронштейн, жестко соединенный с соответствующей продольной балкой, согласно полезной модели шарнирное соединение каждой поперечной балки с соответствующей продольной балкой обеспечено посредством шарнира, выполненного шаровым, ось вращения шарнира расположена вертикально.
Поперечные балки одним концом могут быть шарнирно соединены через кронштейн с противоположными продольными балками.
Каждый кронштейн может быть выполнен охватывающим конец соединенной с ним поперечной балки.
Соединение кронштейна с шарниром обеспечено посредством цилиндрического стержня, выходящего через шарнир с двух сторон за пределы поперечной балки в сквозные отверстия, выполненные в охватывающих сторонах кронштейна, выходящие наружу за пределы охватывающих сторон кронштейна концы стержня зафиксированы посредством гаек.
Соединение кронштейна с шарниром обеспечено посредством стяжного болта, проходящего в сквозные отверстия, выполненные в охватывающих сторонах кронштейна через шарнир.
Каждый рессорный узел может быть выполнен в виде центрального рессорного люлечного подвешивания.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображена заявляемая тележка вид сверху.
На фиг. 2 изображен общий вид заявляемой тележки.
На фиг. 3 изображено сечение B-B соединения боковых рам через шаровой (сферический) шарнир.
Позиции на фигурах.
1 – продольные балки (боковые рамы);
2 – поперечные балки;
2.1 – проушины/втулки поперечной балки;
3 – надрессорная балка;
4 – ось колесной пары;
5 – колесо;
6 – буксовый узел;
7 – подшипник буксового узла;
8 – кронштейн;
9 – шаровой шарнир;
10 – цилиндрический стержень или стяжной болт;
11 – рессорный узел.
Заявляемая двухосная тележка для скоростного грузового вагона содержит раму, образованную из соединенных друг с другом двух продольных 1 и двух поперечных 2 балок, расположенных между двумя продольными балками 1, представляющими собой боковые рамы тележки;  надрессорную балку 3, опирающуюся с обоих концов на пружины рессорных узлов 11 каждой боковой рамы 1; поперечные балки 2 расположены с противоположных сторон надрессорной балки 3; две колесные пары, каждая из которых содержит ось 4 с закрепленными на ней колесами 5; закрепленный на каждом конце оси колесной пары буксовый узел 6 с подшипником 7. При этом буксовый узел 6 выполнен обеспечивающим упругое взаимодействие боковой рамы 1 с осью 4 колесной пары; каждая поперечная балка 2 одним концом жестко соединена с одной продольной балкой 1, а другим концом шарнирно соединена с другой продольной балкой 1 через кронштейн 8, жестко соединенный с соответствующей продольной балкой 1; шарнирное соединение каждой поперечной балки 2 обеспечено посредством шарового (сферического) шарнира 9, ось вращения которых расположена вертикально.
Поперечные балки 2 шарнирно соединены с противоположными продольными балками 1 для более симметричного распределения нагрузок на конструктивные узлы тележки.
Каждый кронштейн 8 выполнен охватывающим конец соединенной с ним поперечной балки 2.
Соединение кронштейна 8 с поперечной балкой 2 через шаровой шарнир 9 может быть обеспечено посредством цилиндрического стержня 10, выходящего через шарнир 9 с двух сторон за пределы поперечной балки 2 в сквозные отверстия, выполненные в охватывающих сторонах кронштейна 8. Выходящие наружу за пределы охватывающих сторон кронштейна 8 концы цилиндрического стержня 10 зафиксированы посредством гаек (на чертежах не показаны).
Соединение кронштейна 8 с шарниром 9 также может быть обеспечено посредством стяжного болта 10, проходящего в сквозные отверстия, выполненные в охватывающих сторонах кронштейна 8 через шарнир 9.
Шарнир 9 может быть размещен своими боковыми сторонами, противоположными от оси вращения, в проушинах 2.1 поперечной балки 2 или во втулках 2.1, закрепленных относительно поперечной балки 2.
Таким образом в заявляемой тележке возможность перемещений в данном узле обеспечивается за счет только высокой подвижности шарнира 9. В результате компьютерного моделирования было установлено, что распределение нагрузки в заявляемой тележке равномерное.
Расположение оси вращения шарнира 9 вертикально обусловлено тем, что при таком расположении шарнира обеспечивается максимальная площадь поверхности шарнира, которая воспринимает нагрузку от взаимодействия боковых рам друг с другом, что повышает несущую способность и надежность шарнира 9.
Каждый рессорный узел 11 выполнен в виде центрального рессорного люлечного подвешивания.
Центральное рессорное люлечное подвешивание может быть выполнено аналогичным рессорному узлу железнодорожной тележки конструкции КВЗ-ЦНИИ источник https://www.vagoni-jd.ru/razdel_03-5-2-telejki-pv/, рис. 3.42; https://lokomo.ru/podvizhnoy-sostav/celnometallicheskie-passazhirskie-vagony/Page-37.html, рис. 102; https://poisk-ru.ru/s15871t4.html, рис. 18). Также центральное рессорное люлечное подвешивание в заявляемой тележке может быть конструктивно выполнено таким же, как в изобретении по патенту № 2706677.
Упругое взаимодействие боковой рамы 1 с осью 4 колесной пары может быть обеспечено любым образом, например посредством адаптеров буксовых подшипников, описанных в патенте РФ № 2763087 на изобретение «Тележка железнодорожного транспортного средства».
Обеспечение в заявляемой тележке упругого взаимодействия не только боковой рамы 1 с осью 4 колеса 5 (как в наиболее близком аналоге), но также за счет высокой подвижности шарнира 9, а также применение центрального рессорного люлечного подвешивания позволяет снизить и равномерно распределить динамические ударные нагрузки на колесную пару и вагон в целом по сравнению с наиболее близким аналогом. Известно, что люлечное подвешивание широко используется в пассажирских вагонах и электропоездах для создания плавного и мягкого хода
Соединение боковых рам 1 между собой посредством поперечных балок 2 через шаровой шарнир 9 обеспечивает жесткость заявляемой тележки в плане, исключая при такой конструкции тележки возможность забегания боковых рам 1 относительно друг друга и исключая, таким образом, перекос колесных пар относительно пути, обеспечивая, тем самым, устойчивость тележки от схода с рельсов при больших скоростях и снижая износ гребней колес. При этом за счет высокой подвижности шарнира 9 обеспечивается при прохождении кривых и/или наклонных участков путей возможность перекоса боковых рам 1 относительно горизонтальной плоскости, способствуя этим самым равномерности распределения нагрузки на колесные пары и элементы рамы тележки, способствуя, таким образом, сохранению плавности хода вагона, что имеет существенное значение при высоких скоростях до 140 км/час. Двухстороннее нажатие тормозных колодок на колесо обеспечивает эффективность торможения со скорости 140 км/ч. Двустороннее нажатие тормозных колодок на колесо может быть реализовано по аналогии с тормозной рычажной передачей, известной из источников: https://www.poezdvl.com/books/krilov/krilov_59.html рис. 224; https://www.arhivinfo.ru/1-2978.html, рис. 16). Использование в заявляемой тележке тормозной рычажной передачи с двусторонним нажатием тормозных колодок на колесо позволяет в совокупности с другими признаками полезной модели обеспечить достижение заявляемого технического результата именно для скоростных грузовых поездов. Неэффективное торможение при больших скоростях может привести к снижению устойчивости при движении скоростного вагона и поезда в целом, к повышению износа колес, что не позволит обеспечить безопасность движения.
Заявляемая полезная модель предназначена для его использования в двухосных тележках в скоростных грузовых поездах на железнодорожных путях колеи 1520 мм со скоростями до 140 км/ч, осевой нагрузкой до 22,5 тс.
При движении скоростного грузового вагона с заявляемыми тележками, исключение перекоса колесных пар относительно пути обеспечивается не только в буксовых узлах, но и конструктивными элементами тележки (шаровыми шарнирами, центральным рессорным люлечным подвешиванием), способствуя в целом выравниванию и распределению нагрузок на колеса, снижая воздействие динамических нагрузок на вагон в целом, что обеспечивает повышение надежности тележки и вагона в целом, обеспечивает плавность и устойчивость в движении тележки и вагона в целом, способствует снижению износа колес и воздействие на путь. Т.е. заявляемая полезная модель позволяет достигнуть технический результат, заключающийся в повышении надежности, плавности и устойчивости в движении двухосной тележки для скоростных грузовых вагонов.