ВИБРОЗАЩИТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ
VIBRATION-PROOF DEVICE FOR RAILWAY ROLLING STOCK

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к дополнительным устройствам рессорного подвешивания.
Известно, что типовое рессорное подвешивание по своим упругим характеристикам не обеспечивает необходимых условий виброзащиты экипажа и оборудования.
Имеется несколько принципиальных путей решения этой проблемы, но все они либо очень дороги или не безопасны в сложных условиях эксплуатации железных дорог.
Есть перспективные направления, связанные с дополнительными упругими устройствами, имеющими зону отрицательной жесткости в силовых характеристиках. Совместная работа типового рессорного подвешивания и дополнительных устройств дает значительные положительные результаты.
Имеется несколько конструктивных решений таких устройств, отличающиеся кинематическими схемами.
За прототип изобретения принят патент "Устройство для уменьшения колебаний пассажирского вагона" RU 2559397 С2, представляющее собой устройство, содержащее два пустотелых цилиндра, установленных горизонтально и симметрично вертикальной оси, имеющих с внешней стороны регулируемые винтовые упоры, концы которых шарнирно закреплены на раме кузова вагона, и посредством пружин передающих воздействие на направляющие стержни, отличающиеся тем, что направляющие стержни связаны между собой роликовым шарниром, жестко связанным с рамой тележки и имеющим возможность перемещаться вверх и вниз, и тем самым вызывать в устройстве вертикальные усилия, уменьшающие силовое воздействие на кузов со стороны пути.
Недостатком конструкции является необходимость использовать в данной конструкции шарнирные узлы в виде подшипников качения для устранения трения скольжения, наносящего отрицательное воздействие на эффективность виброзащиты. Однако работа подшипников качения в условиях эксплуатации железных дорог требует защиты от окружающей среды (влаги, пыли). Кроме этого в дополнительных устройствах на шарниры воздействуют большие силовые усилия, что ведет к увеличению их габаритов и массы.
Предлагаемое виброзащитное устройство отличается от прототипа конструктивной особенностью. В кинематической схеме в горизонтальном силовом узле используются, так называемые в технической литературе, ножевые опоры.
Ножевые опоры предназначены для подвижных частей, совершающих колебательные движения на небольшой угол, и состоят из ножа и подушки. Нож - призма выполняет роль цапфы и опирается скругленным ребром малого радиуса на опору - подушку - цилиндрическую поверхность большого радиуса.
Конструктивно виброзащитное устройство (Фиг. 1) состоит из ножевых стержней - 1, с внешней стороны поджатыми неподвижными опорами - 2. Неподвижные опоры выполнены в виде двух угловых граней, в вершине которых имеется цилиндрическая поверхность большого радиуса. Они установлены в средней части двух упругих рессор - 3, посредством плиты - 4, жестко связаны с рамой тележки - 5. Неупругие подвижные опоры - 6 совмещены и представляют собой такие же поверхности, связанные посредством тяги - 7, шарниров - 8 и регулировочного узла - 9, с буксой колесной пары - 10.
Длина стержней - 1 и жесткость рессор - 3 рассчитывается из условий обеспечения в горизонтальном положении необходимой упругой силы и защитного хода устройства.
Призматическая поверхность опоры позволяет совершать ножу при установке и ремонте максимальные угловые перемещения. Угол между сторонами соответствует 45-90°.
Ножевые опоры относятся к опорам с трением качения, так как при колебательном движении ножа на небольшой угол порядка 8-10° его рабочая кромка перекатывается по поверхности опоры без скольжения.
Рабочая грань ножа призмы - это цилиндрическая поверхность малого радиуса (от 0,5-10 мм), выбирается в зависимости от расчетной горизонтальной силы и контактных напряжений.
Основным достоинством ножевой опоры является ничтожно малые момент трения и износ. Материалом для ножей и подушек для больших нагрузок, достигающих 250 кГс на 1 погонный миллиметр кромки ножа, при радиусе кромки 0,5 мм используются стали X18 и ЭИ515, закаленные до высокой степени твердости. Они обладают высокой износостойкостью и высокими антикоррозийными свойствами. Подушки рекомендуется выполнить из материала, более твердого, чем материал ножа, так как при износе легче заменить нож, чем подушку. Кроме того, повреждение рабочей поверхности подушки значительно увеличивает трение и выводит опоры из строя. Смятие рабочей кромки ножа не влечет за собой заметного увеличения момента трения.
Нож и подушка опор в конструкционном решении крепятся к стержням и рессорам запрессовкой или винтами.
Работает устройство следующим образом: при перемещении колесной пары по неровностям пути тяга - 7 совершает вертикальные перемещения вверх или вниз, выводя стержни - 1 из среднего горизонтального положения. В связи с этим, в упругом силовом блоке возникают вертикальные усилия, направленные также вверх или вниз против сил, действующих со стороны пути на основное рессорное подвешивание. Величина вертикальных усилий зависит от амплитуды неровностей пути и конструктивных параметров силового механизма. Таким образом, обеспечивается эффект виброзащиты.