КОГОТЬ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ СЦЕПКИ, ИМЕЮЩИЙ ВНУТРЕННЮЮ ОПОРНУЮ КОНСТРУКЦИЮ
COUPLER KNUCKLE WITH INNER BEARING SURFACE

Настоящее изобретение, в общем, имеет отношение к созданию железнодорожной сцепки, а более конкретно имеет отношение к созданию когтевого устройства железнодорожной сцепки, имеющего внутреннюю опорную конструкцию.
Уровень техники
Сцепки Ассоциации американских железных дорог (AAR сцепки) типа Е, типа F и/или типа E/F обычно используют в системах сцепки железнодорожных вагонов. Сцепки типа Е типично содержат участок когтя, соединенный с хвостовым участком через переходный участок. Втулка шарнирно соединяет участок когтя с головкой сцепки, так что хвост (хвостовой участок) совершает поворот или вращается внутри канала головки сцепки и входит в зацепление с тяговой поверхностью, что позволяет системе сцепки переднего железнодорожного вагона тянуть задний железнодорожный вагон. Тяговые поверхности хвоста и головки сцепки обычно называют упорными угольниками (тяговыми выступами, приливами).
Как правило, когда коготь имеет сплошной хвост, то получают тяжелую деталь, в которой также смогут образоваться внутренние пустоты, которые могут снизить эксплуатационную долговечность когтя. Поэтому поперечное сечение хвоста когтя типично имеет открытую полую область, чтобы снизить вес когтя (чтобы облегчить коготь), но при обеспечении приемлемой внутренней прочности. Открытая полая область типично имеет трубчатое или прямоугольное поперечное сечение. Однако хвост может подвергаться усталостному разрушению при эксплуатации, так как относительно высокие напряжения приложены к хвосту, когда коготь сблокирован со смежным когтем другого железнодорожного вагона. AAR стандарты и технические требования (например, AAR технические требования М-211) указывают, что хвостовой участок когтя является критической областью и требуют периодического проведения разрушающих испытаний использованного когтя, когда отрезают хвостовой участок, чтобы открыть поперечное сечение хвоста, которое проверяют на наличие разрывов, трещин и/или других повреждений.
Раскрытие изобретения
Примерный коготь сцепки железнодорожного вагона содержит хвостовой участок, участок втулки и переходный участок, соединяющий хвостовой участок и участок втулки. Участок втулки содержит проход для в основном цилиндрического валика сцепки (шарнирного пальца), имеющий продольную ось. Коготь сцепки железнодорожного вагона имеет полость, образованную внутри хвостового участка и по меньшей мере части переходного участка. Первый стенка идет между поверхностями полости рядом с переходным участком.
В другом примере, коготь сцепки железнодорожного вагона содержит хвостовой участок, участок втулки и переходный участок, соединяющий хвостовой участок и участок втулки, который содержит проход для валика сцепки, имеющий продольную ось. Коготь железнодорожной сцепки имеет полость, образованную внутри хвостового участка и по меньшей мере части переходного участка. Ребро расположено внутри полости, чтобы повысить усталостную долговечность когтя железнодорожной сцепки.
В еще одном примере, коготь сцепки железнодорожного вагона содержит хвостовую секцию и переходную секцию, расположенную рядом с хвостовой секцией, так что хвостовая секция и переходная секция образуют внутреннюю полость. Опорная конструкция идет между поверхностями внутренней полости, чтобы повысить прочность стенок переходной секции, для того чтобы повысить усталостную долговечность когтя железнодорожной сцепки.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показан вид сверху железнодорожной системы сцепки, реализованной с использованием описанного здесь примерного когтевого устройства (когтя сцепки).
На фиг.2А показан вид сверху описанного здесь примерного когтя железнодорожной сцепки, который может быть использован для реализации системы сцепки, показанной на фиг.1.
На фиг.2В показан вид сбоку, с частичным разрезом, примерного когтя железнодорожной сцепки, показанного на фиг.2А.
На фиг.3А показан вид сверху в разрезе примерного когтя железнодорожной сцепки, показанного на фиг.2А и 2 В.
На фиг.3В показан вид сбоку примерного когтя железнодорожной сцепки, показанного на фиг.2А, 2В и 3А, в разрезе по линии 3В-3В на фиг.3А.
На фиг.4А показан вид сверху в разрезе другого описанного здесь примерного железнодорожного когтя сцепки.
На фиг.4В показан вид сбоку примерного когтя железнодорожного сцепки, показанного на фиг.4А, в разрезе по линии 4В-4В.
Осуществление изобретения
Примерный коготь железнодорожной сцепки, описанный здесь, содержит опорную конструкцию, позволяющую повысить прочность и стойкость к усталостному разрушению когтя. Более конкретно, примерное описанное здесь когтевое устройство содержит участок втулки, соединенный с хвостовым участком через переходный участок. Хвостовой участок и/или переходный участок имеет внутреннюю полость, которая содержит опорную конструкцию. Опорной конструкцией может быть ребро, стенка и/или любая другая конструкция, которая идет между поверхностями внутренней полости, чтобы повысить прочность стенок хвостового участка и/или переходного участка, за счет чего повышается усталостная долговечность когтя железнодорожной сцепки, без существенного повышения веса когтя.
На фиг.1 показан вид сверху описанной здесь железнодорожной системы 100 сцепки. Система 100 сцепки содержит первый узел 102 железнодорожной сцепки, показанный в открытом положении 104, и второй узел 106 железнодорожной сцепки, показанный в закрытом положении 108. Второй узел 106 железнодорожной сцепки в основном аналогичен или идентичен первому узлу 102 железнодорожной сцепки, и поэтому далее более подробно описан не будет.
Узел 102 железнодорожной сцепки содержит коготь 110А, шарнирно соединенный с головкой 112А сцепки, например, при помощи валика 114 сцепки. Головка 112А сцепки обычно представляет собой единую конструкцию, имеющую С-образное сечение. Головка 112А сцепки содержит направляющую 116, сторону 118 когтя и лицевую сторону или область 120 зева, которая соединяется со стороной 118 когтя и направляющей 116. Несмотря на то что это не показано, головка 112А сцепки содержит карман, образующий канал или полость между верхней поверхностью 122 головки 112А сцепки и нижней поверхностью, расположенной напротив верхней поверхности 122. Коготь 110А, который совершает поворот относительно головки 112А сцепки и хвоста 124 когтя 110А, входит в полость или канал головки 112А сцепки, когда коготь 110А движется между открытым положением 104 и закрытым положением 108, чтобы войти в зацепление с тяговой поверхностью (не показана) головки 112 сцепки.
Узлы 102 и 106 сцепки вводят в контакт друг с другом, чтобы сцепить передний железнодорожный вагон 126 и задний железнодорожный вагон 128. В частности, задний коготь 110А входит в зацепление с передним когтем 110В и совершает поворот относительно соответствующих головок 112А и 112В сцепки в сблокированное положение зацепления. После входа в зацепление и блокировки, блокирующее устройство (не показано) механически блокирует положение когтей 110А и 110В относительно соответствующих головок 112А и 112В сцепки, так что первый и второй узлы 102 и 106 железнодорожной сцепки будут сблокированы. Детали такого блокирующего устройства сцепки и взаимодействия когтей 110А или 110В и связанных с ними блокирующих устройств хорошо известны и поэтому далее более подробно описаны не будут.
Когда коготь 110А находится в закрытом положении 108, упорный угольник 130 хвоста 124 входит в зацепление с тяговой поверхностью (не показана) головки 112А сцепки, чтобы создать соединение упорного угольника. В зависимости от нагрузки и/или скорости железнодорожных вагонов 126 и 128, относительно большая нагрузка или относительно большое усилие могут быть приложены к упорному угольнику 130 хвоста 124. Относительно большие нагрузки или усилия, передаваемые к хвосту 124, с течением времени могут вызвать повреждение (например, усталостное повреждение) хвоста 124 и/или переходного участка или области когтя 110 с образованием трещин. Как это описано далее более подробно, хвост 124 когтя 110A снабжен опорной конструкцией внутри полости хвоста 124 и/или переходного участка 132, чтобы повысить прочность хвоста 124 и/или переходного участка 132, чтобы за счет этого повысить усталостную долговечность когтя 110А.
На фиг.2А и 2В показан примерный коготь 200, который может быть использован для реализации примерной системы 100 сцепки, показанной на фиг.1. На фиг.2 показан вид сверху когтя 200, а на фиг.2В показан вид сбоку с частичным разрезом когтя 200. Как это показано на фиг.2А и 2В, коготь 200 представляет собой единую конструкцию, имеющую в основном L-образный профиль или форму. Коготь 200 содержит носовой участок 202, хвостовой участок 204 и участок 206 втулки, который соединяет носовой участок 202 и хвост 204. Втулка 206 имеет проход 208 (или отверстие 208) для в основном цилиндрического валика сцепки, имеющий продольную ось 210, чтобы шарнирно соединять коготь 200 с головкой сцепки (например, с головкой 112А сцепки на фиг.1). Лицевая сторона 212 когтя 200 имеет изогнутую поверхность, которая идет вдоль носовой части 202. Несмотря на то что это не показано, в некоторых примерах носовая часть 202 может иметь флажковое отверстие и/или полости, чтобы дополнительно уменьшить вес когтя 200. Лицевая сторона 212 и/или носовая часть 202 когтя 200 скользит относительно лицевой стороны и/или носовой части сопряженного когтя, чтобы вызвать поворот когтей относительно их соответствующих головок сцепки в сблокированное положение зацепления.
Коготь 200 также содержит тяговую наружную поверхность 214, расположенную рядом с носовой частью 202 (например, внутри от нее), которая выполнена с возможностью входа в зацепление с аналогичной тяговой наружной поверхностью сопряженного когтя, когда коготь 200 соединен с сопряженным когтем в запертом состоянии. Переходная область или участок 216 идет от тяговой наружной поверхности 214 в направлении хвоста 204 и соединяет втулку 206 и хвост 204. Переходный участок 216 типично имеет дуговидную секцию, которая имеет увеличивающийся радиус кривизны от носа 202 к хвосту 204. Например, переходный участок 216 содержит противоположные верхнюю и нижние изогнутые (например, параболической формы) стенки 218 и 220, которые идут к хвосту 204. Хвост 204 содержит выступающий упорный угольник, который содержит тяговые поверхности 222 и 224 (например, главным образом вертикальные тяговые поверхности) между соответствующими верхней и нижней стенками 218 и 220 переходной области 216 и задней поверхностью 226 хвоста 204. Хвост 204 содержит верхнюю поверхность 228 и нижнюю поверхность 230, которые соединяют соответствующие тяговые поверхности 222 и 224 и заднюю поверхность 226. Как уже было указано здесь выше, хвост 204 и тяговые поверхности 222 и 224 совершают поворот внутри канала или полости головки сцепки (например, головки 112А сцепки), когда коготь 200 совершает поворот между открытым положением (например, между открытым положением 104 на фиг.1) и закрытым положением (например, закрытым положением 108 на фиг.1). Когда коготь 200 находится в закрытом положении относительно головки сцепки, тяговые поверхности 222 и 224 входят в зацепление с тяговой поверхностью головки сцепки. Такое зацепление обычно называют соединением упорного угольника. При эксплуатации, когда коготь 200 находится в тяговом состоянии относительно сопряженного когтя смежного или переднего железнодорожного вагона, основное тяговое усилие приложено к тяговым поверхностям 222 и 224. Таким образом, такое тяговое усилие может быть относительно высоким и создается концентрация напряжений у тяговых поверхностей 222 и 224.
На фиг.3А показано поперечное сечение когтя 200, показанного на фиг.2А и 2В. На фиг.3В показан разрез когтя 200 по линии 3В-3В, показанной на фиг.3А. Как это показано на фиг.3А и 3В, примерный коготь 200 содержит полость 302 между по меньшей мере хвостовым участком 204 и/или переходным участком 216. Опорная конструкция 304 образована (например, образована в виде единого целого) внутри полости 302 между верхней поверхностью 228 и нижней поверхностью 230 хвоста 204, рядом с переходным участком 216. Другими словами, опорная конструкция 304 идет между поверхностями 306 и 308 внутренней полости 302, чтобы повысить прочность хвоста 204 (например, тяговых поверхностей 222 и 224) и/или переходного участка 216 (например, верхней и нижней стенок 218 и 220), за счет чего повышается усталостная долговечность когтя 200. В этом примере, опорной конструкцией 304 является в основном вертикальная стенка 310 (или ребро 310), идущая между поверхностями 306 и 308 полости 302 рядом с переходным участком 216.
Можно видеть, что стенка 310 (или ребро 310) расположена ориентировочно по центру внутри полости 302 и имеет боковые стороны или наружные поверхности 312 и 314, которые в основном параллельны продольной оси 210 (фиг.2 В) прохода 208 валика сцепки. В некоторых примерах, стенка 310 (или ребро 310) может быть расположена на любом подходящем расстоянии 316 от продольной оси 318 когтя 200. Например, ребро 310 может быть смещено на некоторое расстояние (например, в боковом направлении) от продольной оси 318, или же ребро 310 может быть радиально смещено относительно продольной оси 318 на некоторый угол (например, на угол ориентировочно от 20 до 40 градусов). Кроме того, в этом примере, стенка или ребро 310 имеет закругленные противоположные концы 320 и 322. В некоторых других примерах, стенка или ребро 310 может иметь прямолинейные концы или концы любой другой подходящей формы.
Стенка или ребро 310 может иметь толщину 324 ориентировочно от 0.25 дюйма до 0.50 дюйма. Более конкретно, в этом примере, толщина 324 стенки или ребра 310 составляет около 0.38 дюйма. Кроме того, стенка или ребро 310 может иметь длину 326 ориентировочно от 1.5 дюйма до 3.5 дюйма. Более конкретно, в этом примере, длина 326 стенки или ребра 310 составляет около 3.19 дюйма. В некоторых примерах, стенка 310 (или ребро 310) может быть расположена между поверхностями 328 и 330 хвостового участка и/или между поверхностями 332 и 334 переходного участка 216. Например, конструкция может быть расположена между поверхностями 328 и 330 и/или конструкция может быть расположена между поверхностями 332 и 334, в дополнение к стенке или ребру 310 или без стенки или ребра 310. В других примерах, коготь 200 может содержать множество опорных конструкций (например, опорных конструкций 304) внутри полости 302 хвоста 204 и/или переходного участка 216.
На фиг.4А и 4В показаны поперечные сечения другого описанного здесь примерного когтя 400. Те компоненты примерного когтя 400, показанного на фиг.4А и 4В, которые главным образом аналогичны или идентичны компонентам описанного здесь выше примерного когтя 200, и которые выполняют функции, главным образом аналогичные или идентичные функциям этих компонентов, не будут описаны далее более подробно. Вместо этого, заинтересованный читатель должен обратиться к соответствующим описаниям, сделанным здесь выше со ссылкой на фиг.2А, 2В, 3А и 3В. Те компоненты на фиг.4А и 4В, которые главным образом аналогичны или идентичны описанным здесь выше компонентам, имеют одинаковые позиционные обозначения с компонентами, показанными на фиг.2А, 2В, 3А и 3В.
Как это показано на фиг.4А и 4В, примерный коготь 400 содержит множество опорных конструкций 402, расположенных внутри полости 302 хвоста 204, чтобы повысить усталостную долговечность когтя 400. Например, опорными конструкциями 402 могут быть первая стенка 404 (или первое ребро 404) и вторая стенка 406 (или второе ребро 406). В этом примере, стенки или ребра 404 и 406 идут между поверхностями 306 и 308 полости 302 хвоста 204 рядом с переходным участком 216. Первая стенка 404 (или первое ребро 404) радиально смещена от второй стенки 406 (или второго ребра 406). Например, первая стенка 404 (или первое ребро 404) может быть радиально смещена от второй стенки 406 (или второго ребра 406) на угол 408, составляющий, например, от 20 до 30 градусов. Более конкретно, как это показано на фиг.4А, первая стенка 404 (или первое ребро 404) радиально смещена от второй стенки 406 (или второго ребра 406) на угол около 30 градусов. Однако, в других примерах, первая и вторая стенки 404 и 406 (или первое и второе ребра 404 и 406) могут быть радиально смещены на любой подходящий угол. Например, первая стенка 404 (или первое ребро 404) может быть радиально смещена относительно продольной оси 318 когтя 400 на первый угол 410, а вторая стенка 406 (или второе ребро 406) может быть радиально смещена относительно продольной оси 318 на второй угол 412, который отличается от первого угла 410.
Как это показано на фиг.4А, первая и вторая стенки 404 и 406 (или первое и второе ребра 404 и 406) имеют главным образом одинаковую толщину 414 и главным образом одинаковую длину 416. Например, первая и вторая стенки 404 и 406 (или первое и второе ребра 404 и 406) могут иметь толщину 414 ориентировочно от 0.25 дюйма до 0.5 дюйма и могут иметь длину 416 ориентировочно от 1.5 дюйма до 3.5 дюйма. Более конкретно, в этом примере, первая и вторая стенки 404 и 406 (или первое и второе ребра 404 и 406) имеют толщину около 0.38 дюйма и длину 1.75 дюйма. Однако, в других примерах, каждая из первой и второй стенок 404 и 406 (или каждое из первого и второго ребер 404 и 406) может иметь другую толщину и/или длину.
Когти 110А, 110В, 200 и 400 сцепки железнодорожных вагонов могут быть образованы из стали или металла и могут быть изготовлены при помощи операции литья как единая конструкция. Операция литья типично предусматривает использование верхней полуформы, образованной из формовочного песка, и нижней полуформы, также образованной из формовочного песка. Литейные стержни из упрочненного смолой или упрочненного иным образом песка помещают в нижнюю полуформу ранее закрывания формы в сборе, после чего устанавливают сверху от нижней полуформы верхнюю полуформу. Например, шарнирное отверстие когтя образуют за счет использования литейного стержня валика сцепки. Аналогично, полость образуют за счет использования литейного стержня упорного угольника. Более того, описанные здесь выше опорная конструкция или конструкции (например, ребра 310, 404 и 406) также образуют в виде единого целого с когтем за счет использования литейного стержня упорного угольника. Материал, например расплавленную сталь, который заливают в литейную форму, заполняет все открытое пространство между верхней полуформой, нижней полуформой и сердечниками. Например, литейный стержень упорного угольника может иметь корпус, чтобы образовать полость хвоста, причем этот корпус может иметь отверстие (или множество отверстий), в которые поступает расплавленный материал в ходе заливки, чтобы образовать стенку или ребро 310 (или множество стенок или ребер 404 и 406) внутри полости 302. Кроме того, корпус может иметь верхнюю и нижнюю изогнутые поверхности (например, поверхности параболической формы), чтобы образовать переходный участок 216 когтей 200 и 400.
После застывания металла, литейную форму открывают и вынимают из нее отливку, причем литейные стержни разрушают и удаляют из отверстий в отливке. В результате, получают коготь, который содержит внутреннюю опорную конструкцию, такую как стенка (или ребро или ребра), расположенную внутри полости хвоста и/или переходного участка, чтобы повышать усталостную долговечность когтя железнодорожной сцепки. Вторичные операции изготовления могут быть предусмотрены после операции литья. Например, поверхности когтя могут быть подвергнуты пламенной закалке или любые поверхностные неоднородности в переходной области могут быть удалены, например, при помощи притирки или любых других подходящих способов.
Описанные здесь примерные когти железнодорожной сцепки позволяют существенно снизить усталость хвостового и/или переходного участка когтя. В частности, внутренняя опорная конструкция или конструкции описанных когтей существенно повышают прочность хвоста и/или переходного участка, что делает коготь более прочным и более стойким к усталостному разрушению в эксплуатации, однако при сохранении пониженного веса когтя. За счет повышения усталостной долговечности когтя, может быть осуществлен существенно меньший объем разрушающих испытаний в соответствии с AAR техническими требованиями, по сравнению с когтями, которые не имеют опорных конструкций или ребер в полости хвостового и/или переходного участка. Несмотря на то что описанные здесь примерные когти показаны как когти AAR типа Е, опорные конструкции 304 и 402 могут быть введены в когти AAR типа F и/или в любые другие когти, подходящие для использования в системах железнодорожной сцепки.
Несмотря на то что был описан предпочтительный вариант осуществления изобретения, совершенно ясно, что в него специалистами в данной области могут быть внесены изменения и дополнения, которые не выходят однако за рамки приведенной далее формулы изобретения.