Буксовый узел с адаптером глубокого охвата тележки грузового вагона

Полезная модель относится к рельсовым транспортным средствам и касается тележек подвижного состава железных дорог, а именно буксовых узлов колесных пар с адаптером для двухосных тележек грузовых вагонов.
Известен узел соединения боковой рамы с колесной парой в тележке грузового железнодорожного вагона, содержащий П-образный буксовый проем с закрепленной на опорной поверхности износостойкой съемной скобой и адаптер прямоугольной формы с цилиндрическим вырезом в нижней части под установку сверху на двухрядный кассетный подшипник с ограничивающими осевыми перемещения подшипника буртами. Опорная поверхность адаптера под боковую раму выполнена в виде сегмента цилиндра, основанием которого является сектор с радиусом R от оси подшипника по опорной поверхности на подшипник, обеспечивающей угол охвата а по Г-образным приливам на внутренней и наружной лицевых поверхностях адаптера, обращенных вниз от средней опорной части поверхности адаптера на подшипник (Патент на полезную модель № RU 101985 U1, МПК B61F 5/00, опубл. 10.02.2011).
В указанном патенте угол охвата α Г-образных приливов адаптера наружного кольца подшипника может составлять 143…145°, от концов которого начинаются вертикальные плоскости продольных упоров адаптера в П-образный буксовый проем боковой рамы с ответными вертикальными плоскостями продольных упоров. Недостатком указанного буксового узла является ограниченный угол охвата α адаптером наружного кольца подшипника и высокое расположение начала продольного упора адаптера относительно оси подшипника (оси колесной пары), что при продольной силе воздействия на колесную пару от боковой рамы тележки (продольных сил инерции, сил тормозного нажатия) или от колесной пары на боковую раму (от продольных сил нажатия вагонных горочных замедлителей на колеса) приводит к возникновению вертикальной составляющей от этих сил, действующей вверх и выжимающей или подкидывающей адаптер от наружного кольца подшипника вместе с буксовым проемом боковой рамы. В момент разрыва контакта цилиндрических поверхностей расточки адаптера и наружного кольца подшипника от продольной силы (контактируют только точки Г-образных приливов адаптера с одной стороны) вертикальная составляющая силы пропорциональна действующей продольной силе, умноженной на тангенс угла β (около 18°) от горизонтали до начала угла α. В загруженном состоянии вагона вертикальная нагрузка на адаптер уравновешивает вертикальную составляющую от продольной силы с запасом. Но в порожнем состоянии вагона значение вертикальной составляющей продольной силы не может быть уравновешено многократно уменьшенной вертикальной нагрузкой от порожнего вагона и подшипник поднимает адаптер вместе с боковой рамой до упора блокиратора на боковой раме в наружное кольцо подшипника снизу. Подъем адаптера позволяет подшипнику выбрать продольный зазор до вертикальной стенки буксового проема и упереться в нее наружным кольцом, завершив силовое равновесие. Такие всплески нагрузок на подшипник приводят к местным перегрузкам наружного кольца подшипника и повышенным контактным напряжениям на дорожках качения от роликов, ограничивая ресурс их работы.
Известен также буксовый узел тележки железнодорожного транспортного средства, содержащий расположенный в буксовом проеме боковой рамы адаптер, опирающийся посадочной контактной поверхностью на наружное кольцо подшипника кассетного типа, установленного на крайней части колесной пары, при этом адаптер имеет опорные и направляющие контактные поверхности, обеспечивающие взаимодействие с поверхностями буксового проема боковой рамы, и выступы на торцевых плоскостях, ограничивающих горизонтальное перемещение адаптера в буксовом проеме. С каждой боковой стороны адаптера, между двумя спаренными выступами, на монтажной поверхности адаптера выполнено одно крепежное отверстие, посредством которого на адаптере закреплен ограничитель, лимитирующий перемещения адаптера относительно подшипника колесной пары, при этом на адаптере закреплен посредством резьбового соединения ограничитель в виде скобы прямоугольного сечения, на концах которой выполнены полки с отверстиями. Скоба полками присоединена к монтажной поверхности адаптера, а через отверстия в полках скобы и крепежные отверстия в адаптере пропущена часть резьбового соединения, вместе с этим скоба огибает внешнее кольцо подшипника колесной пары (Патент на полезную модель № RU 161326 U1, МIЖ B61F 5/26, опубл. 20.04.2016).
В указанном буксовом узле установлен адаптер, относящийся к категории адаптеров глубокого охвата наружного кольца подшипника с углом охвата α цилиндрической части адаптера 170…176°. При этом угол β от горизонтали до начала цилиндрической части адаптера составляет от 2° до 5°, что позволяет даже в поражнем состоянии вагона вертикальной нагрузке на адаптер уравновесить многократно большую продольную силу воздействия на него. Недостатком указанного буксового узла тележки железнодорожного транспортного средства является подвижность адаптера на наружном кольце подшипника вдоль их оси до 4-5 мм за счет увеличенной ширины цилиндрической расточки между упорными буртами адаптера относительно ширины наружного кольца подшипника. Это приводит к износам контактирующих поверхностей, необходимости повышения их износостойкости, а также к еще большим боковым зазорам в буксовых проемах боковых рам тележек и повышенным углам набегания колесных пар на рельсы. Также недостатком заявленного буксового узла является то, что ограничитель, выполненный в виде скобы прямоугольного сечения, окружающей нижнюю среднюю часть наружного кольца подшипника, перекрывает и нарушает доступ к идентификации его теплового состояния со стороны напольных устройств инфраструктурной диагностики буксового узла.
Известен буксовый узел тележки подвижного состава железных дорог, выбранный в качестве прототипа, содержащий адаптер с углублениями между продольными выступами, кассетный подшипник, крышку и стопорную пластину, при этом боковые рамы тележки оперты через адаптеры на кассетные подшипники, а сам кассетный подшипник колесной пары встроен в адаптер, на который упруго установлена перпендикулярно оси колесной пары дугообразная пластина, концы которой выполнены Т-образными, входящая в углубления между выступами адаптера, а верхние широкие Т-образные концы дугообразной пластины оперты на верхнюю часть выступов адаптера, при этом продольное расстояние между Т-образными концами дугообразной пластины меньше расстояния между углублениями или пазами по торцам адаптера, благодаря чему обеспечивается упругое поджатие пластины к адаптеру (Патент на изобретение № RU 2525321 С1, МIЖ B61F 15/00, B61F 15/06, B61F 15/20, опубл. 20.08.2014).
Недостатком указанного буксового узла тележки подвижного состава железных дорог является то, что дугообразная пластина, упруго установленная перпендикулярно оси колесной пары под каждым кассетным подшипником, в вертикальном направлении имеет зазор между адаптером и наружным кольцом подшипника, что при движении колесной пары по рельсовому пути с высоким уровнем вертикальных ускорений приведет к регулярным вертикальным перемещениям дугообразной пластины в зазоре, несмотря на ее упругое поджатие в продольном направлении при сборке буксового узла. Эти перемещения приведут как к износу выступающих Т-образных концов дугообразной пластины и последующему увеличению величины вертикального зазора, так и возможности подпрыгивать адаптеру на подшипнике. Дугообразная пластина, огибающая нижнюю часть подшипника, также будет являться барьером для качественной идентификации теплового состояния подшипника напольными устройствами инфраструктурной диагностики в эксплуатации.
Техническим результатом полезной модели является надежная фиксация адаптера на подшипнике, позволяющая исключить их взаимные перемещения в различных условиях эксплуатации, обеспечивая там самым как безопасность движения грузовых вагонов, так и безопасность проведения маневровых работ при роспуске составов. При этом повышается ремонтопригодность колесной пары в сочетании с улучшением условий безопасного труда при ее разборке и сборке на участках ремонта.
Технический результат достигается тем, что монтажный зазор по ширине между упорными буртами посадочной поверхности адаптера и шириной наружного кольца подшипника составляет не более 2 мм, дугообразная пластина выполнена с расстоянием по ширине между ее верхними частями под установку на адаптере, равным расстоянию между углублениями в средней части продольных выступов адаптера, с радиусом изгиба нижней части дугообразной пластины, соответствующим половине расстояния между углублениями в средней части адаптера, с шириной в нижней части дугообразной пластины, соответствующей ширине наружного кольца подшипника и имеющей вырез прямоугольной формы в развертке дугообразной пластины длиной не менее диаметра наружного кольца подшипника и шириной не менее 2/3 ширины наружного кольца подшипника, верхние части дугообразной пластины на высоте, соответствующей радиусу наружного кольца подшипника от нижней части дугообразной пластины имеют ширину от 35 до 55 мм, обеспечивающую их размещение в углублениях продольных выступов адаптера и через отверстия, выполненные на концах дугообразной пластины, закреплены болтами в резьбовых отверстиях, выполненных в верхних выступах адаптера с обеспечением расчетного зазора 5…8 мм между наружным кольцом подшипника и внутренними изогнутыми поверхностями полос у выреза в нижней части дугообразной пластины.
Также технический результат достигается тем, что в одном из углов верхних частей дугообразной пластины выполнено отверстие диаметром 5…7 мм и конец угла отогнут наружу на угол от 30 до 60 градусов, а также тем, что верхние концы дугообразной пластины отогнуты наружу на длине от торцов, соответствующих ширине верхних концов дугообразной пластины на угол, равный углу изгиба верхней части дугообразной пластины выше углубления в средней части продольных выступов после ее закрепления на адаптере, с учетом угла наклона стенки верхних выступов адаптера от вертикали.
Полезная модель поясняется чертежами:
- на фиг. 1 изображен вид сбоку на буксовый узел с адаптером глубокого охвата тележки грузового вагона;
- на фиг. 2 изображена дугообразная пластина;
Буксовый узел с адаптером глубокого охвата тележки грузового вагона (см. фиг. 1) включает в себя буксовый узел 1 колесной пары 2, установленной в буксовый проем 3 боковой рамы 4 тележки грузового вагона. Буксовый узел 1 содержит подшипник 5 кассетного типа с комплектующими элементами его крепления на шейке оси колесной пары 2. На подшипнике 5 кассетного типа установлен адаптер 6 глубокого охвата цилиндрической части наружного кольца подшипника 5 по углу контакта от 170° до 176° с монтажным зазором по ширине между упорными буртами 7 адаптера 6 глубокого охвата под наружное кольцо подшипника 5 не более 2 мм. Фиксация адаптера 6 глубокого охвата на наружном кольце подшипника 5 осуществляется дугообразной пластиной 8, охватывающей снизу наружное кольцо подшипника 5 и обеспечивающей расчетный зазор при ее закреплении болтами 9 на верхних выступах 10 адаптера 6, воспринимающих вертикальную нагрузку от буксового проема 3 боковой рамы 4. Продольная и боковая нагрузка воспринимается адаптером 6 глубокого охвата через продольные 11 и боковые 12 выступы, взаимодействующие с соответствующими направляющими упорными элементами 13 и 14 буксового проема 3 боковой рамы 4. Для исключения контакта дугообразной пластины 7 с продольными упорным элементом 13 буксового проема 3 в средней части продольных выступов 11 адаптера 6 глубокого охвата выполнены углубления 15, в которые устанавливаются верхние части 16 дугообразной пластины 7 при сборке буксового узла 1 колесной пары 2.
Дугообразная пластина 8 (см. фиг. 2) в нижней части 17 имеет ширину, соответствующую ширине наружного кольца подшипника 5, и вырез 18 прямоугольной формы в развертке дугообразной пластины 7 длиной не менее диаметра подшипника 5 и шириной не менее 2/3 ширины наружного кольца подшипника 5. Радиус изгиба дугообразной пластины 7 соответствует половине расстояния между углублениями 15 в средней части адаптера 6 глубокого охвата
Верхние части 16 дугообразной пластины 7 имеют ширину по внутренним поверхностям, соответствующую расстоянию между углублениями 15 адаптера 6 глубокого охвата, и на высоте, соответствующей радиусу наружного кольца подшипника 5 от нижней части 17 дугообразной пластины 7, имеют ширину верхних частей 16 в диапазоне от 35 до 55 мм, обеспечивающую их размещение в углублениях 15 (фиг. 1) продольных выступов 11 адаптера 6 глубокого охвата.
Для крепления дугообразной пластины 7 на адаптере 6 глубокого охвата в ее верхних частях 16 выполнены отверстия 19 под болты 9, вворачиваемые в резьбовые отверстия в верхних выступах 10 адаптера 6 глубокого охвата. При затяжке болтов 9 происходит подгиб верхних частей 16 дугообразной пластины 7 к верхним выступам 10 адаптера 6 глубокого охвата на угол у относительно его верхней части углубления 15, что способствует жесткой фиксации дугообразной пластины 7 на адаптере 6 глубокого охвата с использованием двух болтов 9 крепления с обеспечением расчетного зазора 5…8 мм между наружным кольцом подшипника 5 и внутренними изогнутыми поверхностями полос у выреза 18 в нижней части дугообразной пластины 7.
Для стопорения в затянутом состоянии болтов 9 использованы не только пружинные шайбы 20, но и общепринятая обвязка отожженной проволокой 21 головок болтов 9. Для этого в одном из углов каждой верхней части 16 дугообразной пластины 7 выполнено отверстие 22 диаметром 5…7 мм и конец этого угла отогнут наружу на угол изгиба от 30 до 60 градусов для установки отожженной проволоки 21 в отверстие 22 и отверстие в головке болта 9 с последующим ее скручиванием и обрезкой.
Для улучшения условий затяжки болтов 9 по плотности прилегания поверхностей верхних концов 16 дугообразной пластины 7 к наклонным поверхностям верхних выступов 9 адаптера 6 глубокого охвата, находящихся в исходном состоянии непараллельными, верхние концы 16 дугообразной пластины 7 отогнуты наружу на длине от торцов, соответствующих ширине верхних концов дугообразной пластины 7 на угол δ, равный углу изгиба верхней части 16 дугообразной пластины 7 выше углубления 12 в средней части продольных выступов 11 после ее закрепления, с учетом угла наклона £ стенки верхних выступов 9 адаптера 6 глубокого охвата от вертикали.
Решение основной проблемы буксовых узлов с адаптером - силового взаимодействия в продольном направлении с боковой рамой тележки - в полезной модели осуществляется следующим образом. У адаптера ограниченного охвата по дуге контакта с наружным кольцом подшипника (менее 150°) начало продольного упора на адаптере начинается на высоте Rsinβ, где угол β отсчитывается от горизонтали, проходящей через ось подшипника, до начала дуги охвата на адаптере (более 15°). Вертикальная нагрузка от буксового проема боковой рамы, через адаптер и подшипник уравновешена ответной реакцией шейки оси колесной пары на внутреннее кольцо подшипника. Продольная сила взаимодействия между боковой рамой и адаптером воспринимается одной из половины дуги контакта, представляющей собой клин переменного угла наклона, чем вызывается вертикальная реакция, стремящаяся разорвать контакт цилиндрических поверхностей. В крайнем положении разрыв контакта превращается в точку (линию) начала дуги охвата. В этом случае равновесие адаптера обеспечивается равенством моментов вертикальной Р и продольной F сил относительно этой точки:
P⋅R⋅cosβ=F⋅R⋅sinβ
Вертикальная нагрузка на адаптер в тележках грузовых вагонов является переменной величиной (от тары до брутто вагона). Инерционная продольная нагрузка на адаптер также является переменной, но при роспуске грузовых вагонов с горок независимо от осевой нагрузки нормирована постоянная продольная сила в 120 кН воздействия на обод колеса колесной пары от горочных замедлителей. В этом случае, переменная вертикальная сила воздействия на адаптер в крайнем положении для предотвращения разрыва контакта подшипника с адаптером определяется неравенством:
(β=18°
P≥F⋅tgβ=39 ) кН (4 тс)
Угол β=18° принят по патенту № RU 101985 U1 как средний угол в адаптере ограниченного охвата. С учетом неподрессоренной массы колесной пары с двумя буксовыми узлами (~2 т) для предотвращения разрыва контакта под тарой вагона потребуется осевая нагрузка ≥ 10 тс (масса тары вагона 40 т), резко ограничивающая грузоподъемность вагона. Если это условие не выполнено, то контакт цилиндрических поверхностей адаптера и наружного кольца подшипника разрывается, тем более, когда до ограничителей перемещений имеется зазор - по патенту № RU 101985 U1 это зазор до блокиратора, закрепленного на боковой раме тележки. Но разрыв контакта по цилиндрическим поверхностям приводит к возможности продольного перемещения подшипника в буксовом проеме, в результате чего избыток продольной силы переходит в удар наружного кольца подшипника в вертикальную стенку буксового проема с негативными последствиями для ресурса подшипника.
Технический результат от заявляемой полезной модели
В настоящее время на заявляемую полезную модель разработана конструкторская и технологическая документация, изготовлена опытная партия буксовых узлов с адаптерами для тележек грузовых вагонов и проводятся всесторонние испытания опытных вагонов.