ТЕЛЕЖКА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТОВАРНОГО ВАГОНА С ФРИКЦИОННЫМ ДЕМПФИРОВАНИЕМ
FREIGHT RAILWAY CAR BOGIE WITH FRICTION DAMPING

Уровень техники
Стандартная трехэлементная тележка железнодорожного товарного вагона состоит из одной надрессорной балки и двух рамных боковин. Рамные боковины тележки опираются своими концами на колесную пару. Надрессорная балка, которая принимает на себе массу кузова железнодорожного вагона, проходит по центру между рамными боковинами. Надрессорная балка опирается на пружины рессорной подвески через амортизирующие фрикционные колодки, расположенные в рамных боковинах, которые поддерживают надрессорную балку. Подвесное устройство содержит рабочие пружины, поддерживающие надрессорную балку, и контрольные пружины, которые поддерживают фрикционные колодки. Фрикционные колодки характеризуются наличием наклонных поверхностей, которые прилегают к сопрягаемым наклонным поверхностям в карманах надрессорной балки. В результате воздействия пружин на фрикционную колодку напротив угловой опоры надрессорной балки возникает расклинивающая сила, воздействующая на рамную боковину. Демпфирование является следствием воздействия расклинивающей силы на плоскую поверхность фрикционной колодки, скользящую по плоской поверхности рамной боковины. Результирующая расклинивающая сила и трение между плоской поверхностью фрикционной колодки и плоской поверхностью рамной боковины создает скользящее сопротивление перемещению. Скользящее сопротивление перемещению фрикционной колодки усиливается по мере сжатия пружин. Скользящее сопротивление фрикционной колодки способствует демпфированию, главным образом, вертикальных перемещений; однако скользящее сопротивление фрикционной колодки также связано с боковыми перемещениями.
Скорость стандартной трехэлементной тележки железнодорожного товарного вагона ограничена вследствие неравномерности боковых перемещений тележки, которые порождают неравномерность управляющей силы на колесах. Неравномерные управляющие усилия, сопровождающиеся инерцией тележки и кузова вагона, приводят к тому, что тележка совершает рыскающие движения. Во время движения в неустойчивом режиме с повторяющимися циклами тележка описывает синусоиду, амплитуда которой увеличивается по мере возрастания скорости товарного вагона. Такая неустойчивость называется рысканием, и она характерна для конструкции с наклонной поверхностью обода колеса, которая используется в стандартных трехэлементных тележках товарного железнодорожного вагона. Неравномерные боковые перемещения тележки, передающиеся на колесные пары и рамные боковины, порождают боковое перемещение рамных боковин. Боковое перемещение рамных боковин передается через фрикционные колодки на надрессорную балку и в итоге на кузов вагона. Боковое перемещение генерирует энергию, достаточную для того, чтобы отклонить кузов вагона. Затем энергия перемещения возвращается с инерцией, достаточной для того, чтобы кузов вагона вернулся обратно, пройдя через точку нейтрального положения. Инерция энергии перемещения передается через тележку и колесные пары. Каждая пара скошенных колес жестко соединена с осью. Жестко соединенные колеса и ось называются колесной парой. Боковое перемещение колесной пары относительно положения рельсового пути порождает разницу в радиусе качения колес со скошенным ободом. Изменение радиуса качения порождает разницу в расстоянии, которое проходит по рельсу каждое из колес, что приводит к рысканию колесной пары и качению тележки. Это вызывает неустойчивость тележки на рельсах и приводит к чрезмерному изнашиванию колес.
Настоящее изобретение относится к разделению пути энергии перемещения от колесной пары к кузову вагона и от кузова вагона обратно на колесные пары. За счет бокового разделения способность фрикционных колодок передавать энергию перемещения с/на колесные пары или кузов вагона предотвращает смещение колесных пар относительно рельсового пути энергией перемещения. Это, в свою очередь, предотвращает рыскание колесной пары и устраняет синусоидальную траекторию качения тележки товарного вагона при его движении по рельсовому пути.
Раскрытие изобретения
Скорость стандартной трехэлементной тележки железнодорожного товарного вагона ограничена вследствие неустойчивости тележки, которая при движении описывает синусоиду, амплитуда которой увеличивается по мере возрастания скорости. Такая неустойчивость называется рысканием, и она характерна для конструкции с наклонной поверхностью обода колеса стандартной трехэлементной тележки товарного железнодорожного вагона. Неравномерные боковые перемещения тележки, передающиеся на колесные пары, вызывают боковое перемещение надрессорной балки через рамные боковины и фрикционные колодки, а боковое перемещение надрессорной балки в итоге передается на кузов вагона. Кузов вагона возвращается назад через тележку и колесные пары с достаточной инерцией энергии перемещения. Боковое перемещение колесной пары относительно положения рельсового пути порождает разницу в радиусе качения колес со скошенным ободом, в результате чего наблюдается разница в расстоянии, которое каждое из колес проходят по рельсу, что приводит к рысканию колесной пары и качению тележки.
Настоящее изобретение относится к разделению пути энергии перемещения от колесной пары к кузову вагона и от кузова вагона обратно на колесные пары. Боковое разделение способности фрикционных колодок передавать энергию перемещения с/на колесные пары или кузов вагона предотвращает смещение колесных пар относительно рельсового пути энергией перемещения, что, в свою очередь, предотвращает рыскание колесной пары и устраняет синусоидальную траекторию качения тележки при ее движении по рельсовому пути.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 показано перспективное изображение трехэлементной тележки товарного железнодорожного вагона в сборе, применимой ко всем вариантам осуществления настоящего изобретения.
На Фиг. 2 показан детальный вид в разрезе части стандартной трехэлементной тележки товарного железнодорожного вагона согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
На Фиг. 3 показан вид фрикционной колодки с вставкой из низкофрикционного материала согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
На Фиг. 3А показано изображение в разобранном виде фрикционной колодки и вставки из низкофрикционного материала согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
На Фиг. 4 показана часть надрессорной балки тележки железнодорожного вагона и изображение в разобранном виде фрикционной колодки согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.
На Фиг. 5 проиллюстрирован боковой разделяющий зазор между концом надрессорной балки и фрикционной колодкой, применимый ко всем вариантам осуществления настоящего изобретения.
На Фиг. 5А проиллюстрирован боковой разделяющий зазор между концом надрессорной балки и фрикционной колодкой, применимый ко всем вариантам осуществления настоящего изобретения.
На Фиг. 6 показан детальный вид в разрезе части стандартной трехэлементной тележки товарного железнодорожного вагона согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.
На Фиг. 7 проиллюстрирована фрикционная колодка с проставкой из низкофрикционного материала согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.
На Фиг. 7А показано изображение в разобранном виде фрикционной колодки и проставки из низкофрикционного материала, а также вид бокового разделяющего зазора фрикционной колодки согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.
На Фиг. 8 показан перспективный вид в разрезе фрикционной колодки с боковым разделяющим зазором трехэлементной тележки товарного железнодорожного вагона согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.
На Фиг. 8А показан перспективный вид в разрезе фрикционной колодки с боковым разделяющим зазором трехэлементной тележки товарного железнодорожного вагона согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
На Фиг. 1 показано перспективное изображение трехэлементной тележки 1 товарного железнодорожного вагона, которая, как это показано на фигуре, состоит из двух рамных боковин 2 и 13, отстоящих друг от друга в радиальном направлении, и надрессорной балки 3, соединяющей между собой указанные рамные боковины. Видно, что надрессорная балка 3 включает в себя концы 14 и 15, которые проходят через отверстия 16 в рамных боковинах. Пружины 10 рессорной подвески, как это показано на фигуре, поддерживают конец 15 надрессорной балки и фрикционные колодки 11 разного типа с боковым разделяющим зазором. Следует понимать, что трехэлементная тележка 1 товарного железнодорожного вагона, проиллюстрированная на Фиг. 1, может быть выполнена таким образом, чтобы она могла включать в себя фрикционную колодку 11 или - если на скошенной поверхности надрессорной балки предусмотрена соответствующая выемка 21, показанная на Фиг. 4, - фрикционную колодку 19. Первый вариант обеспечивает боковое разделение надрессорной балки 3 и фрикционных колодок 11 или 19, которые показаны на Фиг. 3 и 4. Фрикционные колодки 11 и 19 различаются постоянной трения проставки 17 и 20 из низкофрикционного материала и наличием выемки, в которую заходят соответствующие проставки. Второй вариант обеспечивает боковое разделение фрикционной колодки 26, показанной на Фиг. 7, и рамных боковин 2 и 13. Фрикционные колодки 11, 19 и 26 обеспечивают вертикальное демпфирование за счет скользящего сопротивления перемещениям между рамными боковинами 2 и 13 и надрессорной балки 3. Фрикционные колодки 11, 19 и 26 характеризуются наличием разделяющего механизма, который обеспечивает боковое демпфирование за счет скользящего сопротивления перемещениям между рамными боковинами 2 и 13 и надрессорной балки 3. Как видно, на верхней поверхности надрессорной балки 3 предусмотрен подпятник 12 и пара скользунов 4, разнесенных по концам надрессорной балки 3. Колесная пара 5 состоит из двух колес 6, насаженных на ось 7. Колесная пара 5 характеризуется наличием подшипников 8, установленных с обоих концов оси 7. Подшипники 8 колесной пары 5 обеспечивают опору рамным боковинам 2 и 13 через переходники 9.
Рамные боковины 2 и 13 с надрессорной балкой 3 обычно представляют собой цельные конструкции из литой стали. Ось 7 обычно представляет собой цельную конструкцию из кованой стали. Колеса 6 обычно представляют собой цельные конструкции из литой стали.
На Фиг. 2 показан детальный вид в разрезе части трехэлементной тележки 1 товарного железнодорожного вагона вместе с детальным изображением надрессорной балки 3 и рамной боковины 2 в частичном разрезе. Конец 15 надрессорной проходит через отверстие 16 в рамной боковине и опирается на пружины 10 рессорной подвески, которые сами опираются на опорную площадку для рессорного комплекта рамных боковин 2. Пружины 10 рессорной подвески включают в себя рабочие пружины 24, которые поддерживают надрессорную балку 3. Пружины 10 рессорной подвески также включают в себя контрольные пружины 23, которые поддерживают фрикционную колодку 11 или 19, упирающуюся в проставку 17 или 20 из низкофрикционного материала, которая упирается по углу в сопряженную наклонную поверхность надрессорной балки 3. Демпфирование является следствием воздействия расклинивающей силы на плоскую поверхность фрикционной колодки 11 или 19, скользящую вдоль вертикальной износостойкой пластины 25 рамной боковины 2.
На Фиг. 3 и 3А показано изображение в разобранном виде фрикционной колодки 11 и вставки 17 трехэлементной тележки товарного железнодорожного вагона. Фрикционная колодка 11 обычно выполнена из литой стали или чугуна, доведенного до твердости по Бринеллю около 500 единиц с тем, чтобы предотвратить износ материала за счет трения смежных поверхностей друг о друга. На скошенной поверхности фрикционной колодки 11 имеется выемка 18 соответствующей глубины и формы под проставку 17 из низкофрикционного материала. В предпочтительном варианте проставка 17 из низкофрикционного материала выполнена из фенольной смолы, армированной полотном и графитом, или из полимера, армированного стекловолокном и графитом. Стандартный статический коэффициент трения для проставки 17 составляет 0,2-0,5; а рабочий коэффициент трения лежит в диапазоне 0,01-0,2.
На Фиг. 4 и 4А показан конец 15 надрессорной балки и фрикционная колодка 19 трехэлементной тележки железнодорожного вагона. Надрессорная балка 3 изображена с выемкой 21 на конце 15. Выемка 21 характеризуется глубиной и формой, которые соответствуют глубине и форме проставки 20 из низкофрикционного материала. Проставка 20 из низкофрикционного материала в предпочтительном варианте выполнена из фенольной смолы, армированной полотном и графитом, или из полимера, армированного стекловолокном и графитом. Фрикционная колодка 19 обычно выполнена из литой стали или чугуна, доведенного до твердости по Бринеллю около 500 единиц с тем, чтобы предотвратить износ материала за счет трения смежных поверхностей друг о друга. Стандартный статический коэффициент трения для проставки 20 составляет 0,2-0,5; а рабочий коэффициент трения лежит в диапазоне 0,01-0,2.
На Фиг. 5 проиллюстрирован боковой разделяющий зазор между концом 15 надрессорной балки и фрикционной колодкой 11 трехэлементной тележки товарного железнодорожного вагона. Такая схема равно применима к фрикционной колодке 19 и проставке 20. Фрикционные колодки 11 и 19 имеют зазоры 22 относительно стенок 22А и 22В, образующих карман для фрикционной колодки на конце 15 надрессорной балки 3, в пределах которого фрикционная колодка может совершать боковые перемещения. Фрикционные колодки 11 и 19 упираются в проставку 17 или 20 из низкофрикционного материала, которая - в свою очередь - упирается в надрессорную балку 3. Низкое скользящее сопротивление проставки 17 или 20 из низкофрикционного материала позволяет энергии бокового перемещения рассеиваться в боковом разделяющем зазоре. За счет бокового разделения способность фрикционных колодок передавать энергию перемещения с/на колесные пары или кузов вагона предотвращает смещение колесных пар относительно рельсового пути энергией перемещения, что - в свою очередь - предотвращает рыскание колесных пар и устраняет синусоидальную траекторию качения тележки 1 товарного вагона при ее движении по рельсам. Предпочтительные размеры зазора 22 составляют 0,3-0,5 дюйма (0,76-1,27 см).
На Фиг. 6 показан детальный вид в разрезе части стандартной трехэлементной тележки 1 товарного железнодорожного вагона вместе с детальным изображением части надрессорной балки 3 и рамной боковины 2 в поперечном разрезе. Конец 15 надрессорной балки заходит в отверстие 16 рамной боковины; конец 15 надрессорной балки опирается на пружины 10 рессорной подвески. Пружины 10 рессорной подвески включают в себя рабочие пружины 24, на которые опирается конец 15 надрессорной балки и, таким образом, сама надрессорная балка 3. В состав рессорной подвески также включены контрольные пружины, на которые опирается фрикционная колодка 26, которая по углу упирается в надрессорную балку 3. Между плоской поверхностью фрикционной колодки 26 и износостойкой пластиной 28 предусмотрена проставка 27 из низкофрикционного материала. Демпфирующий эффект достигается за счет воздействия расклинивающей силы на плоскую поверхность фрикционной колодки 26 через проставку 27 из низкофрикционного материала и износостойкую пластину 28, трущуюся об износостойкую пластину 25 рамной боковины 2.
На Фиг. 7 и 7А показано перспективное изображение и изображение в разобранном виде фрикционной колодки 26 трехэлементной тележки товарного железнодорожного вагона. Фрикционная колодка 26 включает в себя проставку 27 их низкофрикционного материала и износостойкую пластину 28. Фрикционная колодка 26 обычно выполняется из литой стали или чугуна. Проставка 27 из низкофрикционного материала в предпочтительном варианте выполнена из фенольной смолы, армированной полотном и графитом, или из полимера, армированного стекловолокном и графитом. Износостойкая пластина 28 обычно выполнена из стали или чугуна, доведенного до твердости по Бринеллю около 500 единиц с тем, чтобы предотвратить износ материала за счет трения смежных поверхностей друг о друга. Износостойкая пластина 28 снабжена выступающим бруском 29, который зажимается по вертикали и горизонтали между сопряженными выступами 30 и 30А проставки 27 из низкофрикционного материала. Проставка 27 из низкофрикционного материала снабжена отверстием 31, расположенным между выступами 30 и 30А проставки 27 из низкофрикционного материала. Выступы 30 и 30А, в свою очередь, сверху и снизу заходят в отверстие 32 на фрикционной колодке 26. Выступы 30 и 30А проставки из низкофрикционного материала служат направляющими бокового перемещения износостойкой пластины 28 с выступающим бруском 20.
На Фиг. 8 показан перспективный вид в разрезе фрикционной колодки 26 с боковым разделяющим зазором трехэлементной тележки товарного железнодорожного вагона. Фрикционная колодка 26 имеет зазор, который позволяет износостойкой пластине 28 совершать боковые перемещения поперек фрикционной колодки 26. Износостойкая пластина 28 упирается в проставку 27 из низкофрикционного материала, которая - в свою очередь - упирается во фрикционную колодку 26. Низкое скользящее сопротивление проставки 27 из низкофрикционного материала позволяет энергии боковых перемещений рассеиваться в боковом разделяющем зазоре. За счет бокового разделения способность фрикционных колодок передавать энергию перемещения с/на колесные пары или кузов вагона предотвращает смещение колесных пар относительно рельсового пути энергией перемещения, что - в свою очередь - предотвращает рыскание колесных пар и устраняет синусоидальную траекторию качения тележки товарного вагона при ее движении по рельсам.