Рессорное подвешивание двухосной тележки грузового вагона

Заявляемая полезная модель относится к железнодорожному транспорту, касается рессорного подвешивания двухосных тележек грузовых вагонов, в частности рессорного комплекта и пружин в него входящих.
Известна тележка грузового вагона, содержащая устройство - рессорное подвешивание тележки грузового вагона [патент на полезную модель RU 158618 U1, B61F 5/06, B61F 5/12 от 20.01.2016], состоящее из разновысотных пружинных групп, установленных под фрикционными клиньями гасителя колебаний и под надрессорной балкой. Указанное рессорное подвешивание разбито на три пружинные группы в свободном состоянии пружин и включает группу наружных и внутренних пружин под фрикционными клиньями, группу наружных пружин под надрессорной балкой и группу внутренних пружин под надрессорной балкой, выполненных в порядке убывания высоты и обеспечивающих суммарную жесткость пружинных групп и прогибы рессорного подвешивания, улучающие динамические характеристики как порожнего, так и груженого грузового вагона. При этом показатель суммарной жесткости пружинных групп, предназначенных для использования при движении порожнего грузового вагона, ниже в 1,5-2,0 раза показателя суммарной жесткости пружинных групп, используемых при движении груженного грузового вагона.
Существенным недостатком данного устройства является наличие в рессорном подвешивании четырех типоразмеров пружин, изменяющихся по высоте в свободном состоянии. Данное исполнение конструкции увеличивает номенклатуру деталей рессорного подвешивания, что в свою очередь увеличивает себестоимость рессорного подвешивания в новом изделии и ведет к увеличению стоимости ремонта узла в эксплуатации. Также четыре разных типоразмера пружин в рессорном подвешивании увеличивают трудоемкость сборки двухосных тележек грузовых вагонов, прежде всего связанную с подбором пружин рессорного подвешивания по высоте в свободном состоянии.
Так же известна тележка грузового вагона [патент на изобретение RU 2099220 C1, B61F 5/00 от 20.12.1997], содержащая опирающиеся концевыми частями на две колесные пары боковые рамы и надрессорную балку, установленную концами в проемах боковых рам и опирающуюся на них через пары клиновых фрикционных гасителей колебаний, и рессорное подвешивание, состоящее по меньшей мере из двух комплектов двухрядных витых цилиндрических пружин, отличающаяся тем, что наружные пружины упомянутых комплектов пружин выполнены длиннее внутренних.
Данная конструкция выбрана в качестве прототипа для заявляемой полезной модели.
Недостатком указанной конструкции является неопределенность характеристик рессорного подвешивания, позволяющих достичь высоких динамических характеристик грузового вагона при различной его загрузке путем установления оптимального соотношения суммарной жесткости пружин рессорного подвешивания, используемых при движении груженого грузового вагона, к суммарной жесткости пружин рессорного подвешивания, используемых в работе при движении порожнего грузового вагона. Кроме того, устройство-прототип не определяет условие эффективности работы фрикционного клинового гасителя колебаний при использовании в конструкции рессорного подвешивания одинаковых двухрядных пружин под фрикционными клиньями и под надрессорной балкой.
Задачей, на решение которой направлена данная полезная модель, является создание конструкции рессорного подвешивания двухосной тележки грузового вагона, позволяющего улучшить динамические характеристики вагона на этих тележках во вновь построенном изделии и сохранить характеристики на определенном уровне в эксплуатации при износе деталей тележки в сочетании с уменьшением номенклатуры применяемых деталей в рессорном подвешивании и уменьшением трудозатрат при изготовлении и ремонте грузовой тележки.
Поставленная задача решается за счет того, что в рессорное подвешивание под порожним вагоном включена в работу только одна пружинная группа, при этом разность полных статических прогибов рессорного подвешивания под груженым до максимальной грузоподъемности вагоном и под порожним вагоном составляет диапазон от 51 до 71 мм, значение расчетного статического прогиба рессорного подвешивания под неподвижным порожним вагоном, увеличенное в 1,5 раза, не превышает разности высот в свободном состоянии наружной и внутренней пружин, составляющих одну двухрядную пружину, занижение поверхностей фрикционных клиньев, опирающихся на пружины рессорного подвешивания, относительно поверхностей надрессорной балки, опирающихся на пружины рессорного подвешивания, не более 12 мм, а отношение показателя суммарной жесткости пружин рессорного подвешивания под груженым до максимальной грузоподъемности вагоном к показателю суммарной жесткости пружин рессорного подвешивания под порожним вагоном находится в диапазоне от 1,6 до 2,1.
Сущность предлагаемой конструкции заключается в том, что рессорное подвешивание двухосной тележки грузового вагона содержит два рессорных комплекта, каждый комплект установлен под одним из концов надрессорной балки и состоит из двухрядных витых цилиндрических пружин, поддерживающих надрессорную балку и фрикционные клинья, сформированных из отличных по высоте в свободном состоянии пружин двух групп - наружных и внутренних, каждая группа пружин выполнена одной высоты в свободном состоянии в пределах от 250 до 308 мм из стали с пределом текучести не ниже 1470 МПа, при этом под порожним вагоном включена в работу только одна пружинная группа, разность полных статических прогибов рессорного подвешивания под груженым до максимальной грузоподъемности вагоном и под порожним вагоном составляет диапазон от 51 до 71 мм, кроме того значение расчетного статического прогиба рессорного подвешивания под неподвижным порожним вагоном, увеличенное в 1,5 раза, не превышает разности высот в свободном состоянии наружной и внутренней пружин, составляющих одну двухрядную пружину, занижение поверхностей фрикционных клиньев, опирающихся на пружины рессорного подвешивания, относительно поверхностей надрессорной балки, опирающихся на пружины рессорного подвешивания, не более 12 мм, а отношение показателя суммарной жесткости пружин рессорного подвешивания под груженым до максимальной грузоподъемности вагоном к показателю суммарной жесткости пружин рессорного подвешивания под порожним вагоном находится в диапазоне от 1,6 до 2,1.
Возможен вариант с расчетным статическим прогибом рессорного подвешивания под неподвижным порожним вагоном в диапазоне от 16 до 22 мм, при этом разность высот в свободном состоянии наружной и внутренней пружин, составляющих одну двухрядную пружину, будет находится в диапазоне от 26 до 36 мм.
Возможен вариант с расчетным статическим прогибом рессорного подвешивания под неподвижным груженым до максимальной грузоподъемности вагоном в пределах от 52 до 78 мм.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами:
Фиг. 1 - рессорный комплект рессорного подвешивания двухосной тележки грузового вагона, установленный под одним из концов надрессорной балки;
Фиг. 2 - пружины рессорного подвешивания двухосной тележки грузового вагона, составляющие две пружинные группы;
Фиг. 3 - график зависимости прогибов рессорного подвешивания от приложенной к нему нагрузки с учетом занижения клина;
Фиг. 4 - график зависимости прогибов рессорного подвешивания от приложенной к нему нагрузки при нулевом значении занижения клина.
1
2
Рессорное подвешивание двухосной тележки грузового вагона содержит два рессорных комплекта 1, каждый из которых установлен под одним из концов надрессорной балки 5 и состоит из двухрядных витых цилиндрических пружин 2, укомплектованных из пружин двух групп: наружных 3 и внутренних 4, поддерживающих надрессорную балку 5 и фрикционные клинья 6. В каждом рессорном комплекте 1 в свободном состоянии наружные пружины 3 и внутренние пружины 4 различны по высоте и выполнены из рессорно-пружинной марки стали с пределом текучести не ниже 1470 МПа и имеют высоту в свободном состоянии h и h в пределах от 250 до 308 мм. Под порожним вагоном включена в работу только одна пружинная группа из наружных пружин 3 или внутренних пружин 4.
1
2
Разность высот в свободном состоянии h и h пружин двух групп: наружных 3 и внутренних 4 - составляет от 26 до 36 мм.
Опорные поверхности фрикционных клиньев 6 на пружины 2 рессорного подвешивания расположены ниже опорных поверхностей надрессорной балки 5 на пружины 2 рессорного подвешивания на значение занижения клина а.
Предлагаемое рессорное подвешивание тележки грузового вагона может работать следующим образом.
В порожнем грузовом вагоне фрикционные клинья 6 гасителя колебаний прижаты к направляющим карманам надрессорной балки 5 наружными пружинами 3, поддерживающими фрикционные клинья 6. Суммарная жесткость наружных пружин 3 рессорного подвешивания, поддерживающих фрикционные клинья 6, соответствует прямолинейному участку I на графике зависимости прогиба рессорного подвешивания тележки грузового вагона от приложенной к нему нагрузки (фиг. 3). При этом прогиб рессорного подвешивания на участке I соответствует значению занижения клина  Суммарная жесткость наружных пружин 3 рессорного подвешивания, поддерживающих надрессорную балку 5 и фрикционные клинья 6, соответствует прямолинейному участку II на указанном графике. При дальнейшем увеличении нагрузки на рессорное подвешивание в работу включаются внутренние пружины 4, поддерживающие фрикционные клинья 6. Суммарная жесткость наружных пружин 3, поддерживающих надрессорную балку 5 и фрикционные клинья 6, и внутренних пружин 4, поддерживающих фрикционные клинья 6, проиллюстрирована на рассматриваемом графике прямолинейным участком III. При этом прогиб рессорного подвешивания на участке III соответствует значению занижения клина  как и в случае с участком I. При последующей загрузке грузового вагона в работу включаются оставшиеся внутренние пружины 4, поддерживающие надрессорную балку 5. Суммарная жесткость всех наружных пружин 3 и всех внутренних пружин 4 рессорного подвешивания, используемых при движении груженого грузового вагона, соответствует прямолинейному участку IV на приведенном графике.
При нулевом значении занижения клина график зависимости прогиба рессорного подвешивания от приложенной к нему нагрузки будет иметь билинейную характеристику с прямолинейными участками II и IV (фиг. 4).
Технический результат от заявляемой полезной модели заключается в достижении оптимальных динамических характеристик как порожнего, так и груженого грузового вагона, в сочетании со снижением трудозатрат при изготовлении и ремонте грузовой тележки при применении двух групп пружин в рессорном комплекте.
Технический результат достигается за счет того, что в рессорном подвешивании под порожним вагоном включена в работу только одна пружинная группа, при этом разность полных статических прогибов рессорного подвешивания под груженым до максимальной грузоподъемности вагоном и под порожним вагоном составляет диапазон от 51 до 71 мм, значение расчетного статического прогиба рессорного подвешивания под неподвижным порожним вагоном, увеличенное в 1,5 раза, не превышает разности высот в свободном состоянии наружной и внутренней пружин, составляющих одну двухрядную пружину, занижение поверхностей фрикционных клиньев, опирающихся на пружины рессорного подвешивания, относительно поверхностей надрессорной балки, опирающихся на пружины рессорного подвешивания, не более 12 мм, а отношение показателя суммарной жесткости пружин рессорного подвешивания под груженым до максимальной грузоподъемности вагоном к показателю суммарной жесткости пружин рессорного подвешивания под порожним вагоном находится в диапазоне от 1,6 до 2,1.
Условием обеспечения оптимальных динамических характеристик порожнего и груженого грузового вагона является применение рессорного подвешивания с отношением показателя суммарной жесткости пружин рессорного подвешивания на участке IV графика (фиг. 3 и 4) под груженым до максимальной грузоподъемности вагоном к показателю суммарной жесткости пружин рессорного подвешивания на участке II графика (фиг. 3 и 4) под порожним вагоном в диапазоне от 1,6 до 2,1.
1
2
При этом для достижения улучшенных показателей динамических характеристик порожнего грузового вагона при различных скоростях его движения должно соблюдаться условие: значение расчетного статического прогиба рессорного подвешивания (значение  на графиках фиг. 3 и 4) под неподвижным порожним вагоном, увеличенное в 1,5 раза, не должно быть более разности высот в свободном состоянии h и h (фиг. 2) пружин двух групп: наружных 3 и внутренних 4, то есть должно соблюдаться условие:
Для обеспечения оптимальных динамических характеристик грузового вагона при различных скоростях его движения и загрузке, рессорное подвешивание тележки грузового вагона должно быть укомплектовано пружинами с характеристиками, обеспечивающими расчетный статический прогиб рессорного подвешивания под неподвижным порожним вагоном (значение  на графиках фиг. 3 и 4) в пределах от 16 до 22 мм, под неподвижным груженым вагоном (значение  на графиках фиг. 3 и 4) в пределах от 52 до 78 мм. При этом разность полных статических прогибов рессорного подвешивания ( на графиках фиг. 3 и 4) под груженым до максимальной грузоподъемности вагоном и под порожним вагоном находится в диапазоне от 51 до 71 мм. При этом занижение а опорных поверхностей фрикционных клиньев 6 на пружины 2 рессорного подвешивания относительно опорных поверхностей надрессорной балки 5 на пружины 2 рессорного подвешивания составляет не более 12 мм. Такой подбор пружин рессорного подвешивания тележки грузового вагона и исполнение фрикционного клинового гасителя колебаний с занижением фрикционных клиньев обеспечивает получение оптимальных динамических показателей как порожнего, так и груженого грузового вагона, во вновь построенном изделии и сохранение характеристик на определенном уровне в эксплуатации при износе деталей тележки.
В настоящее время на заявляемую полезную модель разработана конструкторская документация и проводятся всесторонние испытания опытных образцов.