СКОЛЬЗУН ОПОРНЫЙ
SIDE BEARING

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к скользунам тележек грузовых вагонов.
Известен выбранный в качестве ближайшего аналога скользун опорный с теплоизоляционным материалом для железнодорожного вагона, содержащий основание с направляющим выступом, верхнюю пластину, расположенный над основанием, содержащую плоскую поверхность, взаимодействующую с кузовом вагона посредством трения, и размещенный на нижней поверхности ее центральный выступ, фрикционный вкладыш цилиндрической формы, функционально связанный и расположенный между основанием и верхней пластиной, прижимающий верхнюю пластину к части кузова вагона для сдерживания виляния колесной тележки, а также теплоизолятор, выполненный из теплоизоляционного материала, функционально связанный и расположенный между верхней поверхностью фрикционного вкладыша и нижней поверхностью верхней пластины, сокращающий теплопередачу во фрикционный вкладыш в результате виляющих движений колесной тележки относительно кузова вагона, верхняя пластина и основание телескопически соединены друг с другом, при этом теплоизолятор имеет несколько полостей с открытым верхом, расположенных между верхней и нижней поверхностями, теплоизолятор отформован из полиэфирного материала со стеклонаполнителем, имеющим относительно низкую теплопроводимость и относительно высокую ударную вязкость, кроме того, фрикционный вкладыш имеет центральное сквозное отверстие от одного конца до другого, а теплоизолятор имеет встроенную деталь для размещения и захвата одного конца фрикционного вкладыша, также и основание снабжено направляющим выступом для размещения и захвата другого конца фрикционного вкладыша, тем самым принудительно фиксируя положение теплоизолятора и фрикционного вкладыша относительно друг друга (патент США №6092470, кл. МПК B61F 5/14, опубл. 25.07.2000 г.) [1].
Недостатком известного по [1] скользуна опорного является то, что во время движения железнодорожного вагона колесная тележка поворачивается на какой-либо угол или поворачивается вокруг своей вертикальной оси, создавая фрикционные скользящие движения опорного скользуна, например нижней поверхности, что приводит к выделению чрезмерного количества теплоты. Выделение чрезмерного количества теплоты приводит к повышению температуры и, как следствие, к оплавлению термоэластопласта, из которого изготовлен фрикционный вкладыш и, далее к разрушению теплоизолятора, а также к заклиниванию телескопического соединения верхней пластины и основания.
Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении надежности и увеличении срока эксплуатации.
Указанный технический результат достигается тем, что в скользуне опорном, содержащем основание с кольцевым выступом и направляющим выступом, расположенную над основанием верхнюю пластину с кольцевым выступом, телескопически соединенную с кольцевым выступом основания и имеющую плоскую поверхность для взаимодействия с кузовом вагона, и установленный на ее нижней поверхности центральный выступ, фрикционный вкладыш с центральным сквозным отверстием, размещенный между основанием и верхней пластиной с возможностью прижима последней к части кузова вагона, теплоизолятор, выполненный из полиэфирного материала со стеклонаполнителем, обладающим низкой теплопроводностью и высокой ударной вязкостью, и размещенный между верхней поверхностью фрикционного вкладыша и нижней поверхностью верхней пластины, причем теплоизолятор имеет полости с открытым верхом и встроенную деталь для размещения и захвата одного концевого участка фрикционного вкладыша, установлен дополнительный теплоизолятор, расположенный между нижней поверхностью фрикционного вкладыша и основанием, причем основной и дополнительный теплоизоляторы выполнены таким образом, что отношение толщины дополнительного теплоизолятора к толщине основного теплоизолятора составляет 1:4-1:2, а направляющий выступ основания выполнен с возможностью захвата и размещения другого концевого участка фрикционного вкладыша для принудительной фиксации положения основного теплоизолятора и фрикционного вкладыша относительно друг друга. Фрикционный вкладыш может иметь цилиндрическую форму, а дополнительный теплоизолятор выполнен таким образом, что его толщина равна 1,3(L/d), где L - высота фрикционного вкладыша цилиндрической формы, d - диаметр фрикционного вкладыша цилиндрической формы. Дополнительный теплоизолятор может быть отформован из полиэфирного материала со стеклонаполнителем, имеющим относительно низкую теплопроводимость и относительно высокую ударную вязкость.
Такое конструктивное выполнение заявленного скользуна опорного позволяет в процессе эксплуатации создать такие условия, при которых исключается возможность плавления термоэластопласта, из которого изготовлен фрикционный вкладыш, разрушение теплоизоляторов и, соответственно, заклинивания телескопического соединения, что в свою очередь повышает надежность и увеличивает сроки эксплуатации.
Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором изображен скользун опорный в разрезе.
Скользун опорный содержит основание 1, верхнюю пластину 2, расположенный между ними и взаимодействующий с ними фрикционный вкладыш 3. Фрикционный вкладыш 3 может иметь цилиндрическую форму и своей верхней поверхностью взаимодействует с нижней поверхностью 4 верхней пластины 2 через основной теплоизолятор 5, а своей нижней поверхностью взаимодействует с верхней поверхностью 6 основания 1 через дополнительный теплоизолятор 7. Основной 5 и дополнительный 7 теплоизоляторы отформованы из полиэфирного материала со стеклонаполнителем, имеющим относительно низкую теплопроводимость и относительно высокую ударную вязкость (проведенные испытания показали, что наилучшими рабочими характеристиками обладает полиэфирный материал со стеклонаполнителем RYNITE, данный материал обладает относительно низкой теплопроводимостью и относительно высокой устойчивостью к воздействию механической циклической и ударной нагрузки). Основной теплоизолятор 5 имеет несколько полостей 10 с открытым верхом, расположенных между верхней и нижней поверхностями для улучшения теплоизоляционных свойств. Полости 10 препятствуют распространению теплоты в направлении к фрикционному вкладышу 3.
Основание 1 имеет кольцевой выступ 8, а верхняя пластина 2 имеет кольцевой выступ 9. Кольцевые выступы 8 и 9 соединены, образуя телескопическое соединение таким образом, что кольцевой выступ 8 охватывает кольцевой выступ 9. Внутренняя поверхность кольцевого выступа 8 и внешняя поверхность кольцевого выступа 9 подобны и могут быть коническими или цилиндрическими, а их оси перпендикулярны нижней поверхности 4 верхней пластины 2 и верхней поверхности 6 основания 1. Фрикционный вкладыш 3, основной 5 и дополнительный 7 теплоизоляторы расположены внутри образованного кольцевыми выступами 8 и 9 объема телескопического соединения, причем фрикционный вкладыш 3, кольцевые выступы 8 и 9 расположены соосно, а нижняя поверхность основного теплоизолятора 5 и верхняя поверхность дополнительного теплоизолятора 7 перпендикулярны оси фрикционного вкладыша 3.
Фрикционный вкладыш 3 имеет центральное сквозное отверстие 11 от одного конца до другого. Центральное сквозное отверстие 11 выполнено соосно внешней поверхности фрикционного вкладыша 3 для равномерного распределения нагрузки по телу фрикционного вкладыша 3. Верхняя пластина 2 имеет центральный выступ 12, размещенный на нижней поверхности 4 ее, для размещения и захвата одного концевого участка фрикционного вкладыша 3. Основание 1 имеет направляющий выступ 13 для размещения и захвата другого концевого участка фрикционного вкладыша 3 с возможностью принудительной фиксации положения основного теплоизолятора 5, дополнительного теплоизолятора 7 и фрикционного вкладыша 3 относительно друг друга. Предпочтительно, чтобы сквозное отверстие 11, центральный выступ 12 и направляющий выступ 13 имели цилиндрическую форму, это обусловлено тем, что фрикционный вкладыш 3 может подвергаться скручивающему нагружению и внутренняя поверхность сквозного отверстия 11 должна свободно вращаться вокруг центрального выступа 12 и направляющего выступа 13.
Нижняя поверхность основного теплоизолятора 5 и верхняя поверхность дополнительного теплоизолятора 7 снабжены кольцевыми выступами 14 и 15 соответственно с цилиндрической внутренней поверхностью. Данные кольцевые выступы надежно фиксируют положение фрикционного вкладыша 3 относительно основного 5 и дополнительного 7 теплоизоляторов.
При проведении ряда экспериментов было выявлено, что фрикционный вкладыш 3 во время нагружения нагревается до оптимальной температуры, если толщина второго теплоизолятора 7 равна 1,3(L/d), где L - высота фрикционного вкладыша 3, d - диаметр фрикционного вкладыша цилиндрической формы, а толщина дополнительного теплоизолятора 7 относится к толщине основного теплоизолятора 5 как 1:4-1:2, наиболее предпочтительно 1:2. Здесь под толщинами основного теплоизолятора 5 и дополнительного теплоизолятора 7 понимается наименьшее расстояние между верхней и нижней поверхностями каждого теплоизолятора 5 и 7.
При проведении экспериментов с дополнительным теплоизолятором 7, толщина которого превышает значение 1,3(L/d), было выявлено, что необходимо уменьшить высоту фрикционного вкладыша 3, что отрицательно повлияет на его упругие свойства и часто приводит к заклиниванию телескопического соединения верхней пластины 2 и основания 1, особенно часто происходит заклинивание при отсутствии набегающего потока воздуха на скользун опорный.
При проведении экспериментов с дополнительным теплоизолятором 7, толщина которого была ниже значения 1,3(L/d), было выявлено, что температура фрикционного вкладыша 3, превышала предельно допустимое значение, в результате чего на поверхности фрикционного вкладыша 3 были обнаружены зоны оплавления термоэластопласта.
Скользун опорный монтируется на расположенной поперечно колесной тележке балке 16, образуя часть колесной тележки для поддержки одного конца кузова вагона 17 и образуя часть железнодорожного вагона. При этом верхняя поверхность 18 верхней пластины 2 скользуна опорного взаимодействует с кузовом вагона 17 посредством трения.
Скользун опорный работает следующим образом.
Во время движения железнодорожного вагона колесная тележка, включающая балку 16, на которой закреплен скользун опорный, виляет или поворачивается вокруг своей вертикальной оси. В то время как колесная тележка совершает различные движения, верхняя поверхность 18 верхней пластины 2 скользуна опорного взаимодействует с кузовом вагона 17, упираясь в нее и/или совершая скользящие движения по его нижней поверхности. При этом верхняя пластина 2 своей нижней поверхностью 4 оказывает давление на фрикционный вкладыш 3 через основной теплоизолятор 5, а сам фрикционный вкладыш 3 деформируется, например сжимается. Основной теплоизолятор 5 отформован из полиэфирного материала со стеклонаполнителем и имеет относительно высокую ударную вязкость, за счет которой гасится часть нагрузки, передаваемой от верхней пластины 2 на фрикционный вкладыш 3. Кроме того, дополнительный теплоизолятор 7 также отформован из полиэфирного материала со стеклонаполнителем и имеет относительно высокую ударную вязкость, за счет которой гасится часть нагрузки, передаваемой от верхней пластины 2 на фрикционный вкладыш 3.
В то время как верхняя пластина 2 совершает скользящие движения, сопровождаемые трением, по нижней поверхности кузова вагона 17, происходит нагрев верхней пластины 2, а вместе с ней происходит нагрев кольцевого выступа 9. Кольцевой выступ 9 обменивается теплотой с кольцевым выступом 8 основания 1 и основным теплоизолятором 5. Основной теплоизолятор 5 отформован из полиэфирного материала со стеклонаполнителем и имеет относительно низкую теплопроводимость, поэтому процесс теплообмена между основным теплоизолятором 5 и фрикционным вкладышем 3 протекает медленно, а процесс теплообмена между кольцевыми выступами 8 и 9 протекает значительно быстрее (в 8-12 раз).
Кольцевой выступ 8, нагреваясь, обменивается теплотой с основанием 1. Основание 1, нагреваясь, обменивается теплотой с допонительным теплоизолятором 7. Дополнительный теплоизолятор 7 отформован из полиэфирного материала со стеклонаполнителем и имеет относительно низкую теплопроводимость, поэтому процесс теплообмена между дополнительным теплоизолятором 7 и фрикционным вкладышем 3 протекает медленно.
Основание 1 нагревается до температуры, более низкой, чем температура нагрева верхней пластины 2, это связано с тем, что основание 1, кольцевые выступы 8 и 9, верхняя пластина 2 во время движения вагона охлаждаются встречным потоком воздуха и значительная часть теплоты (около 50%), передаваемая от верхней пластины 2 на основание 1, отводится за счет указанного потока воздуха. В связи с этим дополнительный теплоизолятор 7 имеет толщину, меньшую, чем толщина первого теплоизолятора 5.
Таким образом, за счет введения в скользун опорный дополнительного теплоизолятора, отформованного из полиэфирного материала со стеклонаполнителем, имеющим относительно низкую теплопроводимость и относительно высокую ударную вязкость, толщина которого равна 1,3(L/d) (где L - высота фрикционного вкладыша цилиндрической формы, d - диаметр фрикционного вкладыша цилиндрической формы) и относится к толщине первого теплоизолятора как 1:4-1:2, выделяемая во время движения колесной тележки железнодорожного вагона теплота не будет приводить к плавлению термоэластопласта, из которого изготовлен фрикционный вкладыш, к разрушению теплоизолятора, а также к заклиниванию телескопического соединения верхней пластины и основания, что в свою очередь повышает надежность и увеличивает сроки эксплуатации.