АМОРТИЗИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕЛЕЖКИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ВАГОНА
RAILWAY CAR BOGIE DAMPER

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к амортизирующим устройствам с фрикционными гасителями колебаний, используемых в железнодорожной тележке для железнодорожных вагонов.
Известно амортизирующее устройство для железнодорожного вагона, которое содержит фрикционные клинья, которые поджимаются пружинами к надрессорной балке и боковым поверхностям рамы тележки. Каждый клин имеет вертикальную поверхность, которая входит в контакт со смежной боковой поверхностью рамы тележки, и наклонную поверхность, которая контактирует с наклонной поверхностью надрессорной балки [1].
Однако известное амортизирующее устройство для железнодорожного вагона не обладает достаточной эффективностью гашения вертикальных колебаний, имеет также недостаточный срок службы, так как подвержен усиленному износу из-за высокого коэффициента трения.
Известно амортизирующее устройство для тележки железнодорожного вагона, содержащее фрикционный клиновой гаситель колебаний, надрессорную балку, установленную над рессорным комплектом, надрессорная балка в сечении мест установки клиньев фрикционного клинового гасителя колебаний выполнена в виде равнобочной трапеции, с расположением большего основания над рессорным комплектом, а клинья фрикционного клинового гасителя колебания установлены с возможностью постоянного поджатия упругим элементом к наклонным боковым плоскостям надрессорной балки и вертикальным плоскостям боковой рамы тележки железнодорожного вагона, при этом надрессорная балка выполнена также с опорными площадками под крайние пружины среднего ряда рессорного комплекта.
Наклонные поверхности клиньев фрикционного клинового гасителя колебаний и соответственно наклонные боковые поверхности надрессорной балки при предполагаемом их продолжении расположены в скрещивающихся плоскостях [2].
Однако одним из основных недостатков всех фрикционных гасителей колебаний является то, что они имеют большие силы трения покоя, препятствующие прогибам рессорного подвешивания, когда величина возмущающей силы меньше величины силы трения самого гасителя.
Известные конструкции амортизирующих устройств не обеспечивают достаточного процесса гашения вертикальных колебаний, что в целом влияет на динамику движения железнодорожного вагона и качественную характеристику его передвижения.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является амортизирующее устройство для тележки железнодорожного вагона, содержащее фрикционный клиновой гаситель колебаний, надрессорную балку, установленную над рессорным комплектом, надрессорная балка в сечении мест установки клиньев фрикционного клинового гасителя колебаний выполнена в виде равнобочной трапеции с расположением большего основания над рессорным комплектом, а клинья фрикционного клинового гасителя колебания установлены с возможностью постоянного поджатия упругим элементом к наклонным боковым плоскостям надрессорной балки и вертикальным плоскостям боковой рамы тележки железнодорожного вагона, надрессорная балка выполнена с опорными площадками под крайние пружины среднего ряда рессорного комплекта, при этом в качестве упругого элемента использованы винтовые пружины, которые установлены во внутреннюю полость каждого клина фрикционного клинового гасителя колебаний и поджаты дополнительно введенной прижимной планкой, закрепленной к верхней плоскости надрессорной балки [3].
Недостатком известных амортизирующих устройств для тележки железнодорожного вагона является отсутствие стабильного поджатия фрикционного клина к наклонной плоскости надрессорной балки и вертикальной плоскости боковой рамы, отсутствие необходимой силы трения между вертикальными плоскостями фрикционного клина и боковой рамы.
Недостатком известных технических решений является также обеспечение постоянной силы трения в гасителе, независящей от загрузки вагона. В связи с этим коэффициент относительного трения является избыточным для порожнего вагона и недостаточным для груженого, что негативно сказывается на показателях качества хода экипажа.
Технической задачей изобретения является создание амортизирующего устройства для тележки железнодорожного вагона с обеспечением стабильной силы поджатия фрикционного клина к наклонным плоскостям надрессорной балки и вертикальной плоскости боковой рамы и созданием условия наличия силы трения между вертикальными плоскостями фрикционного клина и боковой рамы в зависимости от загрузки вагона, а также обеспечение нормативного коэффициента относительного трения в паре «клин-фрикционная планка» как для порожнего, так и для груженого вагона.
Задачами изобретения являются также повышение жесткости железнодорожной тележки в плане путем уменьшения «забегания» боковых рам относительно друг друга, оптимизация компоновки фрикционного клинового гасителя колебаний.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является уменьшение динамических ударных нагрузок на элементы тележки и железнодорожного вагона в процессе эксплуатации, обеспечение плавности передвижения, снижение воздействия на путь, повышение надежности устройства, уменьшение износа и оптимизация компоновки фрикционного клинового гасителя колебаний, а в целом улучшение ходовых и эксплуатационных качеств экипажной части.
Технический результат достигается тем, что в амортизирующее устройство для тележки железнодорожного вагона, содержащее фрикционный клиновой гаситель колебаний, надрессорную балку, установленную над рессорным комплектом, надрессорная балка в сечении мест установки клиньев фрикционного клинового гасителя колебаний выполнена в виде равнобочной трапеции с расположением большего основания над рессорным комплектом, а клинья фрикционного клинового гасителя колебания установлены с возможностью постоянного поджатия упругим элементом к наклонным боковым плоскостям надрессорной балки и вертикальным плоскостям боковой рамы тележки железнодорожного вагона, при этом надрессорная балка выполнена с опорными площадками под крайние пружины среднего ряда рессорного комплекта, дополнительно введены два двуплечих рычага, каждый из которых выполнен с опорными элементами на его концах и цапфами в средней части, пята с дном, выполненным в виде конусной поверхности, и опора с основанием, выполненным виде конуса, причем сопряжение пяты и опоры выполнено по их коническим поверхностям для обеспечения одинаковой силы прижатия правого и левого клиньев фрикционного клинового гасителя колебаний, в качестве упругого элемента для поджатия клиньев использована внутренняя средняя пружина среднего ряда рессорного комплекта, при этом в надрессорной балке выполнены соразмерные опорные поверхности для сопряжения с цапфами двуплечих рычагов, а клинья фрикционного клинового гасителя колебаний выполнены полыми с внутренними соразмерными опорными поверхностями для сопряжения с опорными элементами двуплечих рычагов, причем в основаниях клиньев фрикционного клинового гасителя колебаний выполнены отверстия для входа двуплечих рычагов, а в надрессорной балке в основании карманов для клиньев фрикционного клинового гасителя колебаний выполнены отверстия для выхода двуплечих рычагов.
При этом соотношение длин плеч двуплечих рычагов выполнено равным 1/1-1/3, пята с дном в виде конусной поверхности выполнена с углом конуса, равным 170-130°, опора с основанием в виде конуса, угол которого выполнен равным 160-120°, а отверстия выполнены в виде пазов в основании клиньев фрикционного клинового гасителя колебаний для входа двуплечих рычагов и в надрессорной балке в основании карманов для клиньев фрикционного клинового гасителя колебаний для выхода двуплечих рычагов.
Внутренняя средняя пружина среднего ряда рессорного комплекта выполнена аналогичной другим внутренним пружинам рессорного комплекта с учетом ее деформирования на большую величину при нагружении массой тары вагона.
Отличительными конструктивными признаками предлагаемого изобретения являются введение в амортизирующее устройство для тележки железнодорожного вагона двух двуплечих рычагов, каждый из которых выполнен с опорными элементами на его концах и цапфами в средней части, пяты, опоры, сопряжение последних осуществляется по их коническим поверхностям для обеспечения одинаковой силы прижатия правого и левого клиньев, использование в качестве упругого элемента для поджатия клиньев внутренней средней пружины среднего ряда рессорного комплекта, а также и конструктивное изменение выполнения клиньев фрикционного клинового гасителя колебаний и надрессорной балки с опорными поверхностями для сопряжения с двуплечими рычагами.
Проведенный заявителями анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, позволил установить, что заявители не обнаружили аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленному изобретению. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию «новизна».
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где:
на фиг.1 - представлено предлагаемое амортизирующее устройство для тележки железнодорожного вагона в сборе с двухосной тележкой (вид сбоку);
на фиг.2 - амортизирующее устройство с боковой рамой двухосной железнодорожной тележки (вид сверху);
на фиг.3 - амортизирующее устройство с боковой рамой двухосной железнодорожной тележки, вид А-А, фиг.2.
на фиг.4 - двуплечий рычаг;
на фиг.5 - пята амортизирующего устройства;
на фиг.6 - опора амортизирующего устройства.
Амортизирующее устройство для тележки железнодорожного вагона (фиг.1) состоит из фрикционного клинового гасителя колебаний 1, надрессорной балки 2, рессорного комплекта 3 и боковых рам 4.
Надрессорная балка 2 в сечении мест установки клиньев 5 фрикционного клинового гасителя колебаний 1 выполнена в виде равнобочной трапеции, причем с расположением большего основания 6 над рессорным комплектом 3.
Клинья 5 фрикционного клинового гасителя колебания 1 установлены с возможностью постоянного поджатия упругим элементом к наклонным боковым плоскостям 7 надрессорной балки 2 и вертикальным плоскостям 8 боковой рамы 4 тележки железнодорожного вагона.
Надрессорная балка 2 выполнена с опорными площадками 9 под крайние пружины среднего ряда рессорного комплекта 3.
В качестве упругого элемента для поджатия клиньев использована внутренняя средняя пружина 10 среднего ряда рессорного комплекта 3.
Углы наклона поверхностей клиньев 5 фрикционного клинового гасителя колебаний 1 и боковых поверхностей надрессорной балки 2, входящие в контакт между собой, и усилие упругого элемента, в качестве которого использованы винтовая пружина 10, поджимающие клинья 5, определяют в зависимости от величины динамических нагрузок на элементы тележки и железнодорожного вагона в целом.
В амортизирующее устройство для тележки железнодорожного вагона дополнительно введены два двуплечих рычага 11, каждый из которых выполнен с опорными элементами 12 на его концах и цапфой 13 в средней части, пята 14 с дном, выполненным в виде конусной поверхности, и опора 15 с основанием, выполненным виде конуса.
Сопряжение пяты 14 и опоры 15 выполнено по их коническим поверхностям для обеспечения одинаковой силы прижатия правого и левого клиньев 5 фрикционного клинового гасителя колебаний 1.
При этом в надрессорной балке 2 выполнены соразмерные опорные поверхности 16 для сопряжения с цапфами 13 двуплечих рычагов 11, а клинья 5 фрикционного клинового гасителя колебаний 1 выполнены полыми с внутренними соразмерными опорными поверхностями 17 для сопряжения с опорными элементами 12 двуплечих рычагов 11.
В основаниях клиньев 5 фрикционного клинового гасителя колебаний 1 выполнены отверстия 18 для входа двуплечих рычагов 11, а в надрессорной балке 2 в основании карманов для клиньев 5 фрикционного клинового гасителя колебаний 1 выполнены отверстия 19 для выхода двуплечих рычагов 11.
1
1
Соотношение длин плеч двуплечих рычагов 11 выполнено равным L/L=1/1-1/3, где L и L - длины плеч двуплечего рычага 11.
Пята 14 с дном в виде конусной поверхности выполнена с углом конуса, равным 170-130°, а опора 15 - с основанием в виде конуса, угол которого выполнен равным 160-120°.
Сопряжение пяты 14 и опоры 15 по коническим поверхностям с разными углами конусов, выполненных как в пяте 14, так и в опоре 15, обеспечивает возможность качания опоры 15 для компенсации разницы в размерах и износах конструктивных элементов гасителя 1 в целях обеспечения одинаковой силы прижатия правого и левого клиньев 5.
1
Необходимо отметить, что выполнение углов конуса пяты 14 в диапазоне 170-130° и опоры 15 - 160-120°, а также соотношение длин плеч двуплечих рычагов в пределах равным L/L=1/1-1/3 являются оптимальными и выбраны расчетным и экспериментальным путем.
Отверстия 18 и 19 выполнены в виде пазов в основании клиньев 5 фрикционного клинового гасителя колебаний 1 для входа двуплечих рычагов 11 и в надрессорной балке 2 в основании карманов для клиньев 5 фрикционного клинового гасителя колебаний 1 для выхода двуплечих рычагов 11.
Для поджатия клиньев 5 используется внутренняя средняя пружина 10 среднего ряда рессорного комплекта 3 подвешивания тележки, которая выполнена одинаковой с другими внутренними пружинами рессорного комплекта 3 подвешивания тележки, при этом пружина 10 при нагружении массой тары вагона деформируется (сжимается) на большую величину в сравнении с другими аналогичными пружинами.
Функционирование амортизирующего устройства для тележки железнодорожного вагона заключается в восприятии усилий рессорным комплектом 3 при нисходящем движении и гашении колебаний за счет возникновения силы трения во фрикционном клиновом гасителе колебаний 1 при восходящем движении.
Предлагаемая конструкция амортизирующего устройства для тележки железнодорожного вагона обеспечивает стабильную постоянную силу поджатия клиньев 5 к наклонным поверхностям 7 надрессорной балки 2 и вертикальной поверхности 8 боковой рамы 4, а также создает условие наличия силы трения между вертикальными плоскостями клиньев 5 и боковой рамы 4 в зависимости от загрузки вагона.
Опора 15 воздействует на два двуплечих рычага 11, которые, в свою очередь, посредством опирания цапфами 13 на опорные поверхности 16 в надрессорной балке 2 воздействуют на фрикционные клинья 5, обеспечивая их поджатие к наклонным поверхностям 7 надрессорной балки 2 и вертикальной поверхности 8 боковой рамы 4.
Амортизирующее устройство при нисходящем движении работает следующим образом: усилие через надрессорную балку 2 передается на пружины рессорного комплекта 3, тем самым, сжимая их. Фрикционный клиновой гаситель колебаний 1 при этом не функционирует. Клинья 5 фрикционного клинового гасителя колебаний 1 движутся вместе с надрессорной балкой 2, поджимаемые к ней и вертикальным плоскостям 8 боковой рамы 4 тележки упругим элементом, в качестве которого использована винтовая пружина 10, и поджатые дополнительно двуплечими рычагами 11 посредством опоры 15 и пяты 14.
При восходящем движении пружины рессорного комплекта 3 разжимаются, надрессорная балка 2 движется вверх относительно боковой рамы 4 тележки. Клинья 5 фрикционного клинового гасителя колебаний 1, поджимаемые винтовой пружиной 10, расклиниваются между наклонными боковыми плоскостями 7 надрессорной балки 2 и вертикальными плоскостями 8 боковой рамы 4 железнодорожной тележки. Тем самым, за счет возникновения силы трения между вертикальными плоскостями клиньев 5 фрикционного клинового гасителя колебаний 1 и боковой рамы 4 тележки происходит гашение колебаний во фрикционном клиновом гасителе колебаний 1 при восходящем движении.
Эффективность процесса гашения колебаний происходит за счет конструктивного изменения амортизирующего устройства и использования в качестве упругого элемента для поджатия клиньев внутренней средней пружины 10 среднего ряда рессорного комплекта 3, что в целом обеспечивает функциональную связь между элементами конструкции. При этом создается стабильная сила поджатия клиньев 5 к наклонным плоскостям 7 надрессорной балки 2 и вертикальной плоскости 8 боковой рамы 4 и условие наличия стабильной силы трения между вертикальными плоскостями клиньев 5 и боковой рамы 4 в зависимости от загрузки вагона.
Предлагаемая конструкция амортизирующего устройства для тележки железнодорожного вагона позволяет рессорному комплекту 3 максимально воспринимать усилия, возникающие при нисходящем движении, и эффективно гасить колебания при восходящем движении за счет увеличения силы трения во фрикционном клиновом гасителе колебаний 1.
Конструктивное решение предлагаемого амортизирующего устройства для тележки железнодорожного вагона позволило изменить направление силы трения, возникающей между поверхностями клиньев 5 и боковой рамы 4 тележки, на противоположное, т.е. максимально обеспечить гашение колебаний при восходящем движении и, тем самым, уменьшить динамические ударные нагрузки на элементы тележки и вагона в целом, что обеспечивает плавность передвижения.
Предлагаемое амортизирующее устройство для тележки железнодорожного вагона соответствует критерию патентоспособности «промышленная применимость», поскольку его реализация возможна на базе известного оборудования, материалов и технологий, существующих в машиностроении по производству железнодорожных вагонов.
Использование предлагаемой конструкции амортизирующего устройства для железнодорожной тележки позволит уменьшить динамические ударные нагрузки на элементы тележки и вагона в процессе эксплуатации, обеспечить плавность передвижения, повысить надежность устройства, уменьшить износ, а также позволит максимально оптимизировать компоновку фрикционного клинового гасителя колебаний.
Предлагаемое техническое решение обладает всеми положительными качествами от применения принципа «обратного клина» и в тоже время способствует реализации в паре трения «клин-фрикционная планка» нормативного коэффициента относительного трения как для порожнего, так и для груженого вагона. Указанные показатели достигнуты путем применения в тележке элементов, способствующих поджатию клина к фрикционной планке с силой, зависящей от загрузки вагона.
Предлагаемое техническое решение позволяет в целом повысить эксплуатационную надежность амортизирующего устройства для железнодорожной тележки и значительно улучшить ходовые качества экипажной части.
Источники информации
1. Патент США №6269752, МПК B61F 5/12.
2. Патент РФ №2259292, МПК B61F 5/12.
3. Патент РФ №2348556, МПК B61F 5/12 (прототип).