БУКСОВЫЙ ПОВОДОК

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту и предназначена для использования в узлах связи букс колесной пары с бесчелюстной рамой тележки локомотива.
Общеизвестно, что для передачи силы тяги и тормозной силы от колесной пары на раму тележки у грузовых, пассажирских, маневровых тепловозов и электровозов применяют буксы. Корпус буксы двумя буксовыми поводками соединен с рамой тележки. Буксовый поводок своим длинным валиком прикрепляется к буксе, а коротким - к раме тележки локомотива. При качении колесной пары локомотива по рельсам ее буксы совершают горизонтальное поступательное движение в направлении качения колесной пары, которое передается через буксовые поводки на раму тележки локомотива, что приводит к износу элементов буксового поводка и, как следствие, к не ортогональному положению колесной пары относительно рельсовой колеи, которое влияет на ресурс колесной пары. Увеличение ресурса колесной пары, в настоящее время, является актуальной проблемой.
Известен буксовый поводок, предназначенный для передачи силы тяги и тормозной силы от букс на раму тележки локомотива [Патент 2390448 РФ, МПК B61F 5/02. Буксовый поводок / С.В. Алешин, В.Н. Аксенов (РФ). - №2009110112/11; Заявлено 20.03.2009; Опубл. 27.05.2010].
Буксовый поводок содержит корпус с малой и большой головками, короткий и длинный валики, а также составные втулки. Средняя часть корпуса выполнена заодно целое с головками, при этом каждая головка выполнена с осевым цилиндрическим отверстием. Каждая составная втулка выполнена двухслойной и состоит из демпфирующей втулки, поверх которой расположена металлическая втулка. Демпфирующая втулка составной втулки выполнена из резины. Валики установлены в цилиндрические отверстия головок корпуса. На коротком валике по всей его длине, контактирующей с малой головкой, установлена составная втулка. На длинном валике по его длине, контактирующей с большой головкой, установлены с зазором две составных втулки. Причем обе составные втулки занимают ¾ длины валика, контактирующей с большой головкой. Концы длинного валика жестко закреплены на корпусе буксы локомотива. Концы короткого валика жестко закреплены на раме тележки локомотива.
Устройство работает следующим образом.
При качении колесной пары локомотива по рельсам ее буксы совершают горизонтальное поступательное движение по направлению качения колесной пары. От буксы движение передается на большую головку поводка, а от нее на малую головку поводка и, далее на раму тележки локомотива, заставляя тележку локомотива перемещаться в продольном направлении по направлению движения колесной пары. При этом составные втулки буксового поводка перемещаются в горизонтальном направлении по ходу движения буксы вместе с тележкой. Кроме того две составные втулки длинного валика благодаря зазору перемещаются в поперечном направлении. С течение времени (после 400000 км пробега локомотива) происходит потеря упругих свойств демпфирующей втулки, что приводит к ее износу с образованием зазора между металлической втулкой и валиком. Дальнейшая эксплуатация буксового повода приводит к разрушению демпфирующей втулки с увеличением зазора между металлической втулкой и валиком, который для тепловозов составляет 14 мм. Наличие зазоров между составными втулками и валиками поводка приводит к нарушению перпендикулярности колесной пары относительно рельсовой колеи и, как следствие, к движению колесной пары относительно рельсовой колеи с перекосом и увеличению износа колесной пары.
1
1
2
1
Кроме того, при качении колесной пары локомотива по рельсам рама тележки перемещается относительно буксы на нормативную величину f в вертикальном направлении. Короткий валик буксового поводка вместе с рамой также перемещается в вертикальном направлении. Это перемещение передается на составную втулку малой головки поводка. При этом в ее демпфирующей втулке возникает сила упругого сопротивления и сила реакции опоры. В результате вертикальное перемещение рамы тележки уменьшается на величину Δ равной 12,5% от f. От демпфирующей втулки малой головки поводка вертикальное перемещение, величиной равной f=f-Δ, передается на металлическую втулку, на малую и большую головки поводка. В демпфирующих втулках большой головки поводка также происходит уменьшение вертикального перемещения на величину Δ равной 12,5% от f. При этом на длинный валик передается вертикальное перемещение, величиной равной f=f-Δ. От длинного валика это перемещение через буксу передается на колесную пару. В результате уменьшения вертикального перемещения рамы тележки нагрузка от каждого колеса колесной пары на соответствующий рельс распределяется неравномерно, что обеспечивает низкое значение коэффициента сцепления колесной пары с рельсом при движении локомотива. Низкое значение коэффициента сцепления, в свою очередь, увеличивает вероятность возникновения боксования колесной пары и износ колесной пары.
Известный буксовый поводок обеспечивает ресурс колесной пары до 470000 км, что позволяет в течение 1/4 части его жизненного цикла осуществлять качественную передачу силы тяги тормозной силы от букс на раму тележки локомотива, что является его достоинством.
Однако ресурс колесной пары, обеспечиваемый известным буксовым поводком, остается ниже нормативного ресурса колесной пары, что является недостатком известного буксового поводка.
Это обусловлено двумя причинами.
Во-первых, с течением времени происходит износ колесной пары локомотива и рельса за счет образования зазора между составными втулками и валиками головок поводка благодаря износу демпфирующих втулок. Вследствие этого перпендикулярность колесной пары относительно рельсовой колеи нарушается, что приводит к износу колесной пары.
Во-вторых, низким значением коэффициента сцепления между колесной парой локомотива и рельсом, что обусловлено возникновением сил упругого сопротивления в демпфирующих втулках буксового поводка.
Износ колесной пары локомотива и низкое значение коэффициента сцепления между колесной парой локомотива и рельсом приводят в результате к ресурсу колесной пары значительно меньшему значению нормативного ресурса (600000 км).
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому решению является буксовый поводок, предназначенный для передачи силы тяги и тормозной силы от букс на раму тележки локомотива [Патент 1643261 РФ, МПК B61F 5/26. Буксовый поводок / С.В. Никитин, Ю.И. Фокин, Г.Л. Алисевич (РФ). - №4647736; Заявлено 07.02.1989; Опубл. 23.04.1991].
Буксовый поводок содержит корпус с малой и большой головками, короткий и длинный валики, составные втулки, а также дистанционное кольцо. Средняя часть корпуса выполнена заодно целое с головками, при этом каждая головка выполнена с осевым цилиндрическим отверстием. Каждая составная втулка выполнена двухслойной и состоит из демпфирующей втулки, поверх которой расположена металлическая втулка. Демпфирующая втулка составной втулки выполнена из резины. Валики установлены в цилиндрические отверстия головок корпуса. Одна составная втулка установлена на коротком валике, причем длина этой втулки равна длине контакта ее с малой головкой буксового поводка. Две другие составные втулки установлены на длинном валике с зазором, в котором расположено дистанционное кольцо. Причем обе составные втулки занимают ¾ длины контакта их с большой головкой буксового поводка, а дистанционное кольцо - ¼ длины валика, контактирующей с большой головкой.
Концы длинного валика жестко закреплены на корпусе буксы локомотива. Концы короткого валика жестко закреплены на раме тележки локомотива.
Устройство работает следующим образом.
При качении колесной пары локомотива по рельсам ее буксы совершают горизонтальное поступательное движение по направлению качения колесной пары. От буксы движение передается на большую головку поводка, а от нее на малую головку поводка и, далее на раму тележки локомотива, заставляя тележку локомотива перемещаться в продольном направлении по ходу движения колесной пары. При этом составные втулки и дистанционное кольцо буксового поводка перемещаются только в продольном направлении по ходу движения буксы. С течение времени (после 445000 км пробега локомотива) происходит потеря упругих свойств демпфирующей втулки, что приводит к ее износу с образованием зазора между металлической втулкой и валиком. Дальнейшая эксплуатация буксового повода приводит к разрушению демпфирующей втулки с увеличением зазора между металлической втулкой и валиком, который для тепловозов составляет 14 мм. Наличие зазоров между составными втулками и валиками поводка приводит к нарушению перпендикулярности колесной пары относительно рельсовой колеи и, как следствие, к движению колесной пары относительно рельсовой колеи с перекосом и увеличению износа колесной пары и рельса.
1
1
2
1
Кроме того, при качении колесной пары локомотива по рельсам рама тележки перемещается относительно буксы на нормативную величину f в вертикальном направлении. Короткий валик буксового поводка вместе с рамой также перемещается в вертикальном направлении. Это перемещение передается на составную втулку малой головки поводка. При этом в ее демпфирующей втулке возникает сила упругого сопротивления и сила реакции опоры. В результате вертикальное перемещение рамы тележки уменьшается на величину Δ равной 12,5% от f. От демпфирующей втулки малой головки поводка вертикальное перемещение, величиной равной f=f-Δ, передается на металлическую втулку, на малую и большую головки поводка. В демпфирующих втулках большой головки поводка также происходит уменьшение вертикального перемещения на величину Δ равной 12,5% от f. При этом на длинный валик передается вертикальное перемещение, величиной равной f=f-Δ. От длинного валика это перемещение через буксу передается на колесную пару. В результате уменьшения вертикального перемещения рамы тележки нагрузка от каждого колеса колесной пары на соответствующий рельс распределяется неравномерно, что обеспечивает низкое значение коэффициента сцепления колесной пары с рельсом при движении локомотива. Низкое значение коэффициента сцепления, в свою очередь, увеличивает вероятность возникновения боксования колесной пары и износ колесной пары и рельса.
Достоинство известного буксового поводка заключается в увеличении ресурса колесной пары до 515000 км, благодаря исключению поперечных перемещений составных втулок в большой головке буксового поводка относительно друг друга, что позволяет в течение 1/3 части его жизненного цикла осуществлять качественную передачу силы тяги и тормозной силы от букс на раму тележки локомотива.
Однако ресурс колесной пары, обеспечиваемый известным буксовым поводком, остается ниже нормативного ресурса колесной пары, что является недостатком известного буксового поводка.
Это обусловлено двумя причинами.
Во-первых, с течением времени происходит износ колесной пары локомотива и рельса за счет образования зазора между составными втулками и валиками головок поводка благодаря износу демпфирующих втулок. Вследствие этого перпендикулярность колесной пары относительно рельсовой колеи нарушается, что приводит к износу колесной пары.
Во-вторых, низким значением коэффициента сцепления между колесной парой локомотива и рельсом, что обусловлено возникновением сил упругого сопротивления в демпфирующих втулках буксового поводка.
Износ колесной пары локомотива и рельса и низкое значение коэффициента сцепления между колесной парой локомотива и рельсом приводят в результате к ресурсу колесной пары значительно меньшему нормативного значения (600000 км).
Задача, решаемая полезной моделью, заключается в разработке буксового поводка, позволяющего повысить ресурс колесной пары до нормативного значения за счет снижения износа колесной пары путем сохранения перпендикулярности колесной пары относительно рельсовой колеи благодаря обеспечению контакта составных втулок с валиками поводка без зазора, а также повышения значения коэффициента сцепления за счет исключения силы упругого сопротивления во втулках буксового поводка.
Для решения поставленной задачи в буксовом поводке, содержащем корпус, выполненный заодно целое с большой и малой головками, короткий и длинный валики, составные втулки и дистанционное кольцо, при этом короткий валик с расположенной на нем одной составной втулкой установлен в цилиндрическое отверстие малой головки корпуса, длинный валик с расположенными на нем двумя составными втулки и дистанционным кольцом между ними установлен в цилиндрическое отверстие большой головки корпуса, составная втулка выполнена двухслойной из демпфирующей и металлической втулок, демпфирующая втулка составной втулки выполнена из композиционного материала.
Выполнение демпфирующей втулки составной втулки из композиционного материала отличает совокупность существенных признаков заявляемого решения от совокупности существенных признаков прототипа. Наличие отличительного существенного признака во всей совокупности существенных признаков, характеризующих заявляемое решение, свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию полезной модели «новизна».
Выполнение демпфирующей втулки составной втулки из композиционного материала позволяет повысить ресурс колесной пары до нормативного значения за счет снижения износа колесной пары путем сохранения перпендикулярности колесной пары относительно рельсовой колеи благодаря обеспечению контакта составных втулок с валиками поводка без зазора, а также за счет повышения значения коэффициента сцепления за счет исключения силы упругого сопротивления во втулках буксового поводка.
На фигурах 1 и 2 представлена схемы буксового поводка, позволяющие раскрыть сущность заявляемого решения и подтверждающие работоспособность и промышленную применимость буксового поводка.
На фигуре 1 представлен общий вид конструкции предлагаемого буксового поводка.
На фигуре 2 представлен общий вид установки буксовых поводков в тележке локомотива.
Буксовый поводок, предназначенный для передачи силы тяги и тормозной силы от букс на раму тележки локомотива, содержит корпус 1 с большой 2 и малой 3 головками, короткий 4 и длинный 5 валики, составные втулки 6, дистанционное кольцо 7, торцовые амортизаторы 8, а также разрезные полукольца 9.
Средняя часть корпуса 1 выполнена заодно целое с головками 2 и 3, при этом каждая головка выполнена с осевым цилиндрическим отверстием.
Каждая составная втулка 6 выполнена двухслойной и содержит демпфирующую втулку 10 и металлическую втулку 11, установленную поверх первой. Демпфирующая втулка 10 выполнена из композиционного материала, например капролона.
Короткий валик 4 установлен в цилиндрическое отверстие малой головки 3 корпуса 1, а длинный валик 5 установлен в цилиндрическое отверстие большой головки 2 корпуса 1.
На коротком валике 4 установлена одна составная втулка 6, причем длина этой втулки равна длине контакта ее с малой головкой 3 буксового поводка. Концы короткого валика 4 жестко закреплены на раме тележки 12 локомотива.
На длинном валике 5 установлены две другие составные втулки 6 с зазором. Причем обе составные втулки 6 занимают ¾ длины контакта их с большой головкой 2 буксового поводка.
Между составными втулками 6 в зазоре расположено дистанционное кольцо 7, длина которого составляет ¼ длины контакта его с большой головкой 2 буксового поводка. Концы длинного валика 5 жестко закреплены на корпусе буксы 13 локомотива.
Торцовые амортизаторы 8 установлены на концы длинного 5 и короткого 4 валиков и закреплены с помощью разрезных полуколец 9.
Устройство работает следующим образом.
При качении колесной пары локомотива по рельсам ее буксы совершают горизонтальное поступательное движение по направлению качения колесной пары. От корпуса буксы 13 движение передается на большую головку 2 поводка, а от нее на малую головку 3 поводка и, далее на раму тележки 12 локомотива, заставляя тележку локомотива перемещаться в продольном направлении по ходу движения колесной пары. При этом составные втулки 6 и дистанционное кольцо 7 буксового поводка перемещаются только в продольном направлении по ходу движения буксы. Торцовые амортизаторы, во время движения локомотива, снижают ударные силы, передающиеся от корпуса буксы на раму тележки. На протяжении 700000 км пробега локомотива буксовый поводок работает хорошо благодаря обеспечению контакта составных втулок 6 с коротким 4 и длинным 5 валиками поводка без зазора. После 700000 км пробега локомотива происходит постепенный износ демпфирующих втулок 10, с образованием зазора между металлическими втулками 11 и длинным 5 и короткими 4 валиками. Отсутствие зазоров между составными втулками 6 и длинным 5 и короткими 4 валиками (в течение 700000 км пробега локомотива), приводит к сохранению перпендикулярности колесной пары относительно рельсовой колеи и, как следствие, к движению колесной пары относительно рельсовой колеи без перекоса, снижает износ и повышает ресурс колесной пары до 700000 км, превышающий нормативное значение.
1
1
1
2
1
Кроме того, при качении колесной пары локомотива по рельсам рама тележки 12 перемещается относительно корпуса буксы 13 на нормативную величину f в вертикальном направлении. Короткий валик 4 буксового поводка вместе с рамой тележки 12 также перемещается в вертикальном направлении. Это перемещение передается на демпфирующую втулку 10 малой головки 3 поводка. При этом в демпфирующей втулке 10 возникает только сила реакции опоры. В результате вертикальное перемещение рамы тележки уменьшается на величину Δ равной 0,5% от f. От демпфирующей втулки 10 малой головки 3 поводка вертикальное перемещение, величиной равной f=f-Δ, передается на металлическую втулку 11, а от нее на малую головку 3 и большую головку 2 поводка. От большой головки 2 вертикальное перемещение f передается на металлические втулки 10 составных втулок 6 большой головки 2 поводка. В демпфирующих втулках 10 составных втулок 6 большой головки 2 поводка также происходит уменьшение вертикального перемещения на величину Δ равной 0,5% от f. При этом на длинный валик 5 передается вертикальное перемещение, величиной равной f=f-Δ. От длинного валика 5 это перемещение через корпус буксы 13 передается на колесную пару. В результате исключения силы упругого сопротивления в демпфирующих втулках 10, увеличивается величина вертикального перемещения f рамы тележки. При этом нагрузка от каждого колеса колесной пары на соответствующий рельс распределяется равномерно, что повышает значение коэффициента сцепления колесной пары с рельсом при движении локомотива. Повышение значение коэффициента сцепления, в свою очередь, снижает вероятность возникновения боксования колесной пары, снижает износ.
Использование заявляемого буксового поводка позволяет повысить ресурс колесной пары до 700000 км, что превышает нормативное значение ресурса.