ТЕЛЕЖКА ГРУЗОВОГО ВАГОНА
FREIGHT CAR BOGIE

Предлагаемое изобретение относится к области вагоностроения и может быть использовано для создания тележек железнодорожного вагона с повышенным ресурсом.
Известные конструкции тележек для грузовых вагонов, выполненных на основе жесткой колесной пары, имеют существенные недостатки:
- ограничение по скорости движения в прямых участках пути, так как при превышении критического значения скорости появляются автоколебания виляния, которые ведут к повышенному воздействию на путь, возникает опасность схода с рельсов;
- при движении в кривых возникают существенные боковые силы вследствие проскальзывания колес по рельсам при повороте тележки из-за вписывания в кривые.
При движении вагона по криволинейному пути происходит повышенный износ гребня и поверхности катания колес, забегание боковин с нарушением работы пружинно-фрикционного амортизатора. Для компенсации этих явлений снижается скорость движения, предложены различные принципиальные изменения в конструкции тележек.
Известна тележка грузового вагона (патент RU №2274571, МПК B61F 5/02, дата подачи 20.03.2001). Конструкция тележки содержит несущую раму с продольными и поперечными балками с шарнирно установленными на ней продольными подрессоренными балансирами, на свободных концах которых закреплены буксы колесных пар, а центральная балка снабжена пятниковым узлом. При этом балансиры установлены под углом к продольной оси и подпружинены торсионами, закрепленными внутри полых поперечных балок. Буксы выполнены с внутренним подрессориванием, образованным вертикальными пружинами и наклонными резинометаллическими упругими элементами, имеющими податливость по шести координатам для обеспечения требуемых условий работы буксовых подшипников при радиальной установке колесных пар, а также обеспечения параметров плавности хода и воздействия на путь. Поставленная задача решается здесь избыточным усложнением конструкции с неизбежной инерционностью процессов подстройки под изменение уровня воздействий, в том числе при отрицательных температурах, на наклонные резинометаллические упругоподатливые элементы.
Известна конструкция тележки для грузовых вагонов (патент RU №2058241, МПК B61F 5/38, дата подачи 29.12.1992 г.), которая обладает пониженным воздействием на рельс в кривых участках пути. Цель достигается тем, что предлагается обеспечить перемещение букс относительно боковины рамы и связанных с кузовом шарнирно-рычажным механизмом. Такие устройства имеют рычажную связь с кузовом. Эти тележки, обладая меньшим воздействием на путь в кривых участках пути, более подвержены вилянию в прямых, так как поворот одной колесной пары относительно своей вертикальной оси сопряжен с поворотом второй колесной пары, что не препятствует, а, наоборот, способствует повороту тележки относительно оси пути и является источником интенсивных колебаний экипажа в прямой.
Исследована конструкция тележки железнодорожного подвижного состава (патент RU №2031029, МПК B61F 5/38, заявлен 07.02.1990). Сущность изобретения заключается в том, что рама тележки состоит из надрессорной балки и двух боковин с вильчатыми концами, образующими прямоугольные проемы для размещения в них колес, оси которых посредством букс закреплены в ветвях вильчатых концов боковин. Конструкция тележки включает поперечины, связывающие между собой по концам боковины и упруго закрепленные в ветвях боковин колодками с вертикально расположенными цилиндрическими поверхностями, выполненными на поверхностях букс. Эта композиция - наиболее близкое техническое решение задачи и в связи с этим предложено в качестве прототипа.
Однако существенным недостатком исследованного изобретения является конструкция колесно-буксового узла, которой свойственна неустойчивость и нестабильность в работе каждого колеса, приводящие к вилянию (рысканию) тележки в целом, что отразилось и в описании изобретения, где на фиг.3 (сеч. А-А) и фиг.4 (сеч. Б-Б) предлагается для обеспечения нормальной работы колесо с двумя гребнями. Это приводит к значительным конструктивным изменениям в рельсовом пути, в том числе в стрелочных и других переходах.
Целью предлагаемой конструкции тележки грузового вагона является уменьшение износа узлов и деталей ходовой части вагонов, в том числе при вписывании в кривые.
Задача решается тем, что тележка грузового вагона, содержащая раму из боковин, надрессорную балку, рессорный комплект, колесные пары, отличается тем, что колесная пара разделена на две полуоси и каждая часть колесной пары снабжена по обе стороны колеса буксами, причем обе части колесной пары сочленены в центральной части сумматором, на буксах размещены боковины, в нижней части поперек боковин расположена подрессорная балка, на которой размещается рессорный комплект.
Рессорный комплект состоит из верхнего и нижнего скрепленных пакетов листов 3, соединенных между собой хомутом и со шкворнем 10, проходящим через среднюю часть пакета листов 3 с подпятником 14 в пятник 13, расположенный на балке рамы вагона. Концы пакетов листов 3 снабжены оконцевателями 15. Верхний пакет листов 3 вогнутой частью располагается вниз. Нижний пакет листов 3 вогнутой частью располагается вверх. Нижний пакет листов 3 опирается через трибопару 16 на подрессорную балку 9 и может скользить по ней. Верхний пакет листов 3 через скользуны 11 воспринимает нагрузку от кузова вагона.
Пакеты листов имеют разные частотно-диссипативные характеристики и спектры собственных колебаний, причем у верхнего пакета листов собственная частота смещена в область более низких частот.
Сумматор состоит из правого и левого модулей, которые вставлены в трубу, а между ними расположена пружина.
Конструкция тележки грузового вагона поясняется чертежами.
На фиг.1 изображена схема тележки грузового вагона;
на фиг.2 представлена колесная пара с сочленением в центральной части сумматором;
на фиг.3 дана схема комбинированного рессорного комплекта.
На фиг.1 представлены: колесо 1, боковина 2, верхний и нижний пакеты листов 3, полуось 4 с буксами 5.
На фиг.2 представлена сочлененная сумматором колесная пара.
Сумматор состоит из модулей 7, которые вставлены в трубу 8 длиной, обеспечивающей ширину колеи железнодорожного пути, между модулями 7 размещена пружина 6 длиной, равной расстоянию между модулями 7.
Модуль представляет собой полуось, проходящую через буксы 5 и колесо 1, причем диаметр конца полуоси равен внутреннему диаметру трубы 8.
Представленная конструкция рессорного комплекта тележки грузового вагона состоит из верхнего и нижнего скрепленных пакетов листов 3 (фиг.3), соединенных между собой хомутом и со шкворнем 10, проходящим через сочлененную среднюю часть пакета листов 3 с подпятником 14 в пятник 13, расположенный на балке рамы вагона, фиксируясь во втулке. Концы пакетов листов 3 снабжены оконцевателями 15. Верхний пакет листов 3 вогнутой частью располагается вниз. Нижний пакет листов 3 вогнутой частью располагается вверх. Нижний пакет листов 3 опирается через трибопару 16 на подрессорную балку 9 и может скользить по ней. Верхний пакет листов 3 через скользуны 11 воспринимает нагрузку от кузова вагона.
Устройство работает следующим образом. При движении вагона по неровностям железнодорожного пути возникают вертикальные колебания. Воспринимает сначала эти колебания колесо 1 тележки, далее колебания воздействуют на буксу 5, боковины 2, подрессорную балку 9, нижний комплект листов 3, верхний комплект листов 3, заканчивается передачей на кузов вагона через скользуны 11. Оппозитно (в обратном порядке) идут колебания от кузова вагона с частичным взаимодействием со встречной волной, что способствует виброгашению и диссипации энергии в листовом рессорном комплекте.
В данном конструктивном решении статические и динамические воздействия от кузовной части через скользуны 11 передаются на верхний пакет листов 3 рессорного комплекта, который, амортизируя и частично поглощая амплитудно-частотную составляющую, передает воздействие далее через жесткий контакт средней части пакета листов, дополнительно стянутый хомутом, на нижний пакет листов 3, в котором также осуществляется эффект амортизации с диссипацией энергии. Концы нижнего пакета листов 3 посредством оконцевателя 15 соединены с трибопарой 16, где также предполагается диссипативный процесс и стандартная передача ориентированного воздействия через боковины 2 и буксовые узлы 5 на колесо 1 и далее контакт колесо-рельс. Таким образом достигается смещение частот для ухода от возможных резонансных проявлений системы. Обратное воздействие от верхнего строения пути проходит по этой же цепочке со стохастическим взаимодействием встречных потоков энергии с их частичным взаимопоглощением, зависящим от настройки параметров системы. При этом параметры настройки определяются упругими и диссипативными свойствами отдельных деталей и конструкции в целом, что обеспечивает регламентированные технические параметры движения. Предлагаемая композиция позволяет проводить оптимизацию режима смещением узлов амплитудно-частотного силового взаимодействия элементов конструкции.
С усложнением профиля пути и скоростного режима проявляется интенсивное изнашивание гребней и как частный случай - повышенная вероятность схода с рельс при расширенной колее, в том числе бесстыковых путей. При движении вагона на кривых участках железнодорожного пути возникают сложные колебания, которые приводят к усиленному износу колес и рельсов. Здесь колеса, которые проходят по внешнему рельсу, катятся с большей угловой скоростью, чем колесо, которое проходит по внутреннему рельсу. В связи с этим, чтобы сравнять эту разницу, колесо, которое катится по внутреннему рельсу, проскальзывает по рельсу, что приводит к усиленному износу рельса и колеса, а также появлению дополнительных колебаний, которые создают для вагона дополнительные поперечные воздействия.
В предложенной конструкции тележки колеса 1 вращаются раздельно и поэтому колесо 1 при проходе по внутреннему рельсу катится, а не проскальзывает, что уменьшает вероятность дополнительных колебаний. Вместе с тем при прохождении кривых проявляются силы, которые могут привести к схождению колеса. Для предупреждения этого и смягчения (устранения) отрицательных силовых связей встроен сумматор, который при этом сохраняет полезные связи и воздействия, возникающие в транспортном средстве при проходе сложных профилей, в том числе трехмерных, а также при износах узлов и деталей, близких к предельно допустимым.
Рассмотрим работу сумматора. При прохождении колеса 1 вагона кривых железнодорожного пути возникают силы, направленные поперек пути, которые могут привести к сходу колеса 1 с рельса. Для предупреждения схода колеса 1 установлен сумматор. Возникшие усилия через модуль 7 одного колеса 1 передаются на пружину 6, с которой усилия передаются на модуль 7 другого колеса, и тем самым колеса находятся постоянно на одинаковом расстоянии. Сумматор фиксирует колесную пару в колее, а труба 8 передает возможные экстремальные боковые воздействия с одного колеса 1 на другое.
Предложенные изменения конструкции тележки грузового вагона проверены каждое в отдельности. В частности, оценена работа рессорного комплекта и сумматора с колесными парами. Планируется в 2010 году провести испытания всей тележки на работоспособность в номинальных условиях.