ТЕЛЕЖКА ПАССАЖИРСКОГО ВАГОНА
PASSENGER CAR BOGIE

Изобретение относится к железнодорожному подвижному составу и касается конструкций ходовых частей пассажирских вагонов.
В известных конструкциях ходовых частей (тележек) пассажирских вагонов для уменьшения вертикальных амплитуд динамических перемещений кузова вагона в системе вторичного рессорного подвешивания дополнительно к винтовым цилиндрическим пружинам устанавливаются гидравлические амортизаторы, а для уменьшения амплитуд угловых перемещений (боковой качки) кузова используются торсионные устройства.
Известно техническое решение « Рельсовое транспортное средство» (RU 2038242 С1, В61F 5/00, 27/06/1995), содержащее кузов, опирающийся на тележку посредством по меньшей мере двух поперечных рычагов, установленных на кузове с возможностью поворота в поперечной плоскости, соединенных с продольно расположенными торсионами, упругие опоры, установленные между тележкой и поперечными рычагами, на тележке и соответствующем кронштейне. При этом торсионы располагаются на кузове. Недостатком такой конструкции является невысокая надежность работы, обусловленная конструктивной сложностью сопряжения кузова с тележкой.
Известно также техническое решение «Тележка рельсового транспортного средства» (патент RU №2166449 С1, В61F 3/00, 5/00), в котором тележка содержит раму, опирающуюся посредством пружин первичного подвешивания на буксовые узлы колесных пар. Вторичное подрессоривание имеет две подвески, в каждую из которых входит торсионное устройство, включающее в себя два шарнирно соединенных рычага и торсион. Последний расположен параллельно продольной балке рамы тележки и закреплен на ней с возможностью закручивания вдоль своей продольной оси, при этом верхний рычаг соединен с помощью шарнира с концевым участком надрессорной балки, а нижний связан с торсионом.
В этой конструкции торсионы служат для амортизации вертикального перемещения надрессорной балки, противодействия ее угловому и поперечному перемещению, однако полное совмещение торсионом амортизации всех перемещений вторичного подвешивания существенно усложняет работу торсиона и ограничивает продольное перемещение и поворот кузова относительно рамы тележки. Кроме того, торсионное устройство не изменяет жесткости подвешивания.
Известно и техническое решение «Тележка рельсового транспортного средства» (патент RU №2220863 С2, 7 В61F 5/00), принимаемое в качестве прототипа. Тележка содержит раму, опирающуюся посредством первичного рессорного подвешивания на буксовые узлы колесных пар, и надрессорную балку, служащую для сопряжения с кузовом вагона и опирающуюся на раму посредством вторичного рессорного подвешивания, включающего винтовые цилиндрические пружины сжатия и одно торсионное устройство с торсионом, неподвижные шарнирные опоры которого закреплены на раме тележки, параллельно ее поперечной оси. Торсион с помощью двух рычажных систем соединяется с надрессорной балкой, при этом два рычага жестко закреплены на торсионе, каждый из которых с помощью шарнирной тяги соединен с надрессорной балкой. При боковом наклоне кузова вагона, жестко связанного с надрессорной балкой, рычаги торсиона скручивают его и тем самым амортизируют угловые перемещения кузова.
В конструкциях первичного и вторичного подвешиваний прототипа вертикальный прогиб изменяется линейно в зависимости от величины вертикальной нагрузки и определяется постоянной жесткостью входящих в них винтовых цилиндрических пружин и в амортизации вертикальных перемещений торсион не принимает участие. В связи с этим повышение плавности хода вагона при использовании тележки прототипа достигается за счет увеличения статического прогиба пружин (уменьшения их жесткости), однако повышение статического прогиба ограничено явлением потери поперечной устойчивости кузова или возникновением так называемой валкости - невозвращением в среднее положение отклоненного при боковых колебаниях кузова. В этом случае целесообразно применение рессор с нелинейными характеристиками жесткости. В прототипе это не реализуется.
В связи с этим целью настоящего изобретения является создание конструкции, обеспечивающей включение в работу торсионов для амортизации как вертикальных, так и угловых боковых перемещений кузова, а также создание нелинейных характеристик центрального рессорного подвешивания, предупреждающих валкость кузова.
Сущность изобретения заключается в том, что на подрессоренной раме тележки под надрессорной балкой вдоль ее продольной оси (поперечной оси тележки) с двух сторон расположено по торсиону. Торсионы жестко закреплены концами к средним частям продольных балок кососимметрично относительно поперечной оси тележки. Другие концы торсионов вставлены в шарнирные опоры, и к ним также кососимметрично относительно поперечной оси тележки жестко присоединены приводные рычаги, шарнирно связанные через стержни с концевыми частями надрессорной балки. Стержни одной стороной соединяются с рычагами через выполненные в них продольные пазы, а другой стороной шарнирно присоединены к концевым частям надрессорной балки.
Так же, как у прототипа, сохраняется установка и крепление пружин рессорного подвешивания. При этом жесткость центрального рессорного подвешивания в вертикальном направлении от начала сжатия пружин до вступления в работу (закручивания) торсионов соответствует жесткости пружин. При дальнейшем вертикальном перемещении надрессорной балки до положения статического прогиба рессорного подвешивания начинают включаться в работу торсионы, при этом жесткость подвешивания на этом участке также постоянная, но равная сумме жесткостей пружин центрального подвешивания и торсиона, при этом статический прогиб рессорного подвешивания ограничивается за счет общей переменной жесткости рессорного комплекта в вертикальной плоскости и легко достигается максимально допустимый, с точки зрения валкости кузова, вертикальный прогиб рессорного подвешивания.
Далее, в процессе движения вагона и возникновения вертикальных и угловых боковых динамических перемещений кузова от неровностей пути, инерционных, ветровых и других нагрузок осуществляется амортизация рессорным подвешиванием повышенной жесткости и возвращение отклоненного кузова в положение статического нагружения. Уменьшение амплитуд колебаний, как и в прототипе, достигается использованием в конструкции тележки гидравлических гасителей колебаний. Таким образом, предложенное решение по исполнению вторичного рессорного подвешивания переменной жесткости тележки приводит к улучшению ходовых динамических показателей вагона. Изменяя параметры торсионных устройств за счет некоторого возможного увеличения длины и уменьшения рабочего диаметра прутка торсиона при сохранении допустимых величин для него характеристик многоцикловой усталости можно добиться требуемых показателей динамики вагона и плавности хода.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 изображена схема рессорного подвешивания тележки;
на фиг.2 - схема размещения приводных рычагов и стержней и их соединение с торсионами и надрессорной балкой без сжатия пружин центрального подвешивания;
на фиг.3 - схема размещения приводных рычагов и стержней и их соединение с торсионами и надрессорной балкой при сжатии пружин центрального подвешивания и закручивании торсионов;
на фиг.4 - приведен характерный график изменения вертикальной нагрузки от величины прогиба в предлагаемом пружинно-торсионном вторичном подвешивании.
Схема тележки с предлагаемым рессорным подвешиванием включает две колесные пары 1 (см. Фиг.1, 2, 3), на буксы 2 которых опираются пружины 3 первичного рессорного подвешивания. На пружины 3 опираются две боковые продольные балки 4 рамы тележки, которые жестко связаны между собой поперечными балками 5. На каждую продольную балку 4 опираются две пружины 6 вторичного рессорного подвешивания. На пружины 6 опирается надрессорная балка 7. На подрессоренной раме тележки под надрессорной балкой 7 вдоль ее продольной оси (поперечной оси тележки) с двух сторон расположено по торсиону 8. Торсионы 8 жестко закреплены концами, через кронштейны 9, к продольным балкам 4 кососимметрично относительно поперечной оси тележки. Другие концы торсионов, вставлены в шарнирные опоры 13, и к ним также кососимметрично относительно поперечной оси тележки жестко присоединены приводные рычаги 10, шарнирно связанные через стержни 11 с концевыми частями надрессорной балки 7. Стержни 11 одной стороной соединяются с рычагами через выполненные в них продольные пазы 12, а другой стороной шарнирно присоединены к концевым частям надрессорной балки. Шарнирные опоры 13 торсионов, жестко закреплены своим основанием к продольной балке 4.
Работа вторичного рессорного подвешивания осуществляется следующим образом. При сжатии пружин подвешивания 6 за счет их вертикального нагружения силой тяжести кузова происходит опускание надрессорной балки 7 и вместе с ней опускаются стержни 11, не поворачивая рычаги 10 из-за наличия в стержнях 11 пазов 12, скользящих по опорным осям 14 рычагов 10. При этом торсионы 8 не нагружаются и вертикальная нагрузка от веса кузова приводит к сжатию пружин 6 постоянной жесткости на величину Нпр. При дальнейшем опускании кузова и достижения величины сжатия пружин 6 на величину (Нст-а) (фиг.4) до начала включения в работу рычагов 10 торсиона 8 (стержни 11 выбирают зазор в пазах 12 и упираются в опорные оси 14 рычагов 10) происходит дальнейшее опускание кузова до положения полного статического нагружения (Рст и Нст) при увеличенной жесткости вторичного рессорного подвешивания, равной сумме жесткостей пружин 6 и двух торсионов 8.
Далее, в процессе движения вагона и возникновении вертикальных и угловых поперечных динамических перемещений кузова от неровностей пути, инерционных, ветровых и других нагрузок осуществляется амортизация их рессорным подвешиванием повышенной жесткости и возвращение отклоненного кузова в положение статического нагружения.
Типовая характеристика нелинейного нагружения вторичного рессорного подвешивания, приведенная на фиг.4, позволяет рационально выбрать максимально допустимый статический прогиб, определяемый из условия отсутствия валкости кузова, а также существенно повысить эффективность амортизации кузова.
На изложенное техническое решение ОАО «КВСЗ» разработана техническая документация для изготовления пассажирской тележки.