ФРИКЦИОННЫЙ КЛИН

Полезная модель относится к железнодорожному подвижному составу, в частности к фрикционным гасителям колебаний ходовых тележек грузовых вагонов.
Ходовые тележки грузовых вагонов для уменьшения динамического воздействия вагона на путь и пути на вагон оборудованы рессорным подвешиванием, содержащим пружины и гасители колебаний. Существуют фрикционные гасители колебаний, содержащие фрикционные клинья, которые устанавливаются между надрессорной балкой ходовой тележки, пружинами рессорного подвешивания и фрикционной планкой боковой балки ходовой тележки. В надрессорной балке предусмотрены карманы для фрикционных клиньев, выполненные с наклонной стенкой для взаимодействия с клином, благодаря которой вертикальная сила, действующая на клин от надрессорной балки, раскладывается на две составляющие.
Из уровня техники известен фрикционный клин (RU 116821 U1, опубл. 10.06.2012), содержащий полый клиновый корпус с опорной площадкой, передним горизонтальным ребром - в виде выступа опорной поверхности, внутренним ребром, кольцевым буртиком под пружины, горизонтальную и вертикальную передние стенки, сопряженные с наклонной стенкой, имеющей рабочую поверхность. Боковые стенки и внутреннее ребро выполнены со сквозными отверстиями. На наружной поверхности опорной площадки вокруг кольцевого буртика и вдоль вертикальной стенки выполнены радиусные углубления.
Известен фрикционный клин (RU 128584 U1, опубл. 27.05.2013), содержащий полый клиновый корпус с опорной площадкой, передним горизонтальным ребром (выступом опорной площадки), внутренним ребром (вертикальным), кольцевым буртиком под пружины, горизонтальную (верхнюю) и переднюю вертикальную стенку, сопряженные с наклонной стенкой, имеющей рабочую поверхность с углублением. Углубление выполнено симметрично относительно оси клина, разделяет рабочую поверхность на, по меньшей мере, две идентичные части, каждая из которых выполнена выпуклой в наружную сторону клина.
Технической проблемой, присущей указанным техническим решениям, является возможность перекоса клина в процессе эксплуатации, что приводит к неравномерному распределению действующих сил на клин и от клина и, соответственно, к образованию зон концентрации напряжений и повышенному износу рабочих и контактных поверхностей стенок клина.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является снижение износа фрикционного клина в процессе эксплуатации.
Указанный технический результат достигается тем, что во фрикционном клине, содержащем полый корпус с опорной площадкой и выступом опорной площадки, боковые стенки, вертикальную стенку с выступом вниз, верхнюю и переднюю стенки, сопряженные наклонной стенкой, имеющей рабочую поверхность, и внутреннее ребро, согласно настоящей полезной модели, зона сопряжения наклонной стенки с верхней стенкой расположена на расстоянии от 25 до 35 мм от вертикальной стенки, вертикальная стенка имеет выступ вверх, при этом разница длин выступа опорной площадки и выступа вниз вертикальной стенки составляет не более 15%, а длина выступа вверх вертикальной стенки составляет от 20% до 40% длины выступа вниз вертикальной стенки. Передняя стенка может быть сопряжена с выступом опорной площадки вертикальным ребром, расположенным снаружи корпуса и выполненным шириной в диапазоне значений от 18 до 22 мм и переменной высоты, с верхней плоскостью, расположенной под углом от 10° до 15° относительно выступа опорной площадки. Рабочая поверхность наклонной стенки выполнена с выпуклыми в наружную сторону корпуса клина боковыми участками по радиусу R в диапазоне значений от 600 до 1000 мм, между которыми выполнен плоский участок, и ширина его составляет от 25% до 60% от ширины рабочей поверхности наклонной стенки. Ширина наклонной стенки может быть меньше ширины вертикальной стенки не более чем на 20%. На боковых стенках в верхней части фрикционного клина могут быть выполнены продольные упоры, при этом ширина фрикционного клина по продольным упорам составляет от 1,0 до 1,3 от ширины вертикальной стенки.
Заявляемая полезная модель отличается от ближайших аналогов тем, что наклонная стенка смещена в корпус клина и зона ее сопряжения с верхней стенкой расположено на расстоянии от 25 до 35 мм от вертикальной стенки, у вертикальной стенки образован выступ вверх, при этом разница длин увеличенного выступа опорной площадки и выступа вниз вертикальной стенки составляет не более 15%, а длина образованного выступа вверх вертикальной стенки составляет от 20% до 40% длины выступа вниз вертикальной стенки, передняя стенка сопряжена с выступом опорной площадки вертикальным ребром, расположенным снаружи корпуса и выполненным шириной в диапазоне значений от 18 до 22 мм и переменной высоты, с верхней плоскостью, расположенной под углом от 10° до 15° относительно поверхности опорной площадки. Такое отличие дает основание утверждать о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности полезной модели - «новизна».
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 - фрикционный клин (вид спереди - на наклонную стенку), фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.
Фрикционный клин содержит полый корпус 1 с опорной площадкой 2 и выступом 3 опорной площадки 2, боковые стенки 4, внутреннее ребро 5, вертикальную стенку 6 с выступом вниз 6.1, верхнюю стенку 7 и переднюю стенку 8, которые сопряжены наклонной стенкой 9, наружная поверхность которой является рабочей поверхностью. Наклонная стенка 9 смещена в корпус 1 клина, так что зона 9.1 сопряжения наклонной стенки 9 с верхней стенкой 7 расположено на расстоянии L от 25 до 35 мм от вертикальной стенки 6. Благодаря смещению наклонной стенки 9 в корпус 1 клина выступ 3 опорной площадки 2 увеличивается и его длина L1 отличается от длины L2 выступа вниз 6.1 вертикальной стенки 6 не более чем на 15%, а в верхней части вертикальной стенки 6 образуется выступ вверх 6.2 длина которого L3 составляет от 20% до 40% длины L2 выступа вниз 6.1 вертикальной стенки 6. Передняя стенка 8, в представленном на фигурах примере реализации, сопряжена с выступом 3 опорной площадки 2 вертикальным ребром 10, которое может быть продолжением внутреннего ребра 5, выполненным шириной W от 18 до 22 мм и переменной высоты Н за счет выполнения его верхней плоскости 10.1 под углом α от 10° до 15° относительно выступа 3 опорной площадки 2. Рабочая поверхность наклонной стенки 9, в представленном на фигурах примере реализации, выполнена с выпуклыми в наружную сторону боковыми участками 9.2 по радиусу R в диапазоне значений от 600 до 1000 мм, между которыми выполнен плоский участок 9.3 шириной W1, составляющей от 25% до 60% от ширины W2 рабочей поверхности наклонной стенки 9. Ширина W2 наклонной стенки 9 меньше ширины W3 вертикальной стенки 6. В представленном на фигурах примере реализации на боковых стенках 4 корпуса 1 клина выполнены продольные упоры 11, при этом ширина W4 корпуса 1 клина по продольным упорам 11 составляет от 1,0 до 1,3 ширины W3 вертикальной стенки 6. На вертикальной стенке 6 с наружной ее стороны могут быть выполнены ступенчатые уступы 6.3 для индикации износа вертикальной стенки фрикционного клина. Кроме того, все углы корпуса 1 фрикционного клина выполнены с закруглением по радиусу, не превышающим 5 мм.
Технический результат заявляемой полезной модели, заключающийся в снижении износа фрикционного клина в процессе эксплуатации, достигается следующим образом.
Указанные геометрические параметры приняты из расчета величин, оптимальных для представленной конструкции фрикционного клина, при которых обеспечено снижение износа фрикционного клина в процессе эксплуатации, с учетом влияния геометрических параметров друг на друга и учетом допусков, обусловленных технологией производства.
Смещение наклонной стенки в корпус клина так, что зона сопряжения наклонной стенки с верхней стенкой расположено на расстоянии от 25 до 35 мм, обеспечивает увеличение выступа опорной площадки соразмерно, в пределах 15%, выступу вниз вертикальной стенки и образование выступа вверх вертикальной стенки длиной от 20% до 40% длины выступа вниз вертикальной стенки, что позволяет снизить износ фрикционного клина за счет уменьшения возможного перекоса клина и равнораспределения силы воздействия клина на элементы ходовой тележки, с которыми он взаимодействует в процессе эксплуатации, например, надрессорная балки, пружины и боковая рама тележки. Диапазон значений длины выступа вверх вертикальной стенки, составляющий от 20% до 40% длины выступа вниз вертикальной стенки, с меньшей стороны обусловлен минимальным увеличением площади взаимодействия вертикальной стенки клина с фрикционной планкой боковой рамы тележки, значительным уменьшением возможного перекоса фрикционного клина в процессе эксплуатации, а с большей стороны обусловлен исключением взаимодействия вертикальной стенки с надрессорной балкой, что обеспечивает снижение износа фрикционного клина в целом. Диапазон значений расстояния, на котором расположено ребро сопряжения наклонной и верхней стенок от вертикальной стенки, является оптимальным, поскольку непосредственно влияет на длину увеличения выступа опорной площадки, и влияет на снижение износа фрикционного клина. Выполнение указанного расстояния менее минимального значения, равного 25 мм, может привести к увеличению выступа опорной площадки и ее ослаблению, а также может повлечь контакт надрессорной балки и выступа вверх вертикальной стенки, что приведет к повышению износа фрикционного клина. Кроме того, в большинстве случаев в верхней стенке фрикционного клина выполняют технологические отверстия диаметров от 18 до 23 с учетом допуска технологии производства. При выполнении указанного расстояния более максимального значения, равного 35 мм, возможно смещение точек контакта надрессорной балки с рабочей поверхностью наклонной стенки, что приведет к неравномерному распределению действующих сил и, соответственно, к неравномерному повышенному износу поверхностей стенок фрикционного клина. Разница значений длин выступа опорной площадки и выступа вниз вертикальной стенки не более 15% обеспечивает устойчивость фрикционного клина к перекосам за счет равномерного распределения сил, действующих на опорную площадку со стороны пружин рессорного подвешивания, и сил, действующих на вертикальную стенку клина со стороны фрикционной планки боковой рамы тележки и позволяет предотвратить перекосы клина, что приводит к снижению излишнего износа фрикционного клина в целом.
Вертикальное ребро сопряжения передней стенки и выступа опорной площадки фрикционного клина обеспечивает снижение износа опорной площадки в процессе эксплуатации за счет исключения возможности прямого воздействия от надрессорной балки, на опорную площадку и ребро сопряжения передней и наклонной стенок, а также за счет упрочнения опорной площадки и исключение возникновения изгиба опорной площадки под действием сил, направленных на нее со стороны пружин рессорного подвешивания. Диапазон значений ширины указанного вертикального ребра, от 18 до 22 мм, с меньшей стороны обусловлен предотвращением излома опорной площадки в случае действия максимальных значений сил, а с большей стороны обусловлен целесообразностью выполнения, поскольку выполнение вертикального ребра более широким существенно не влияет на прочность и износостойкость выступа опорной площадки. Выполнение указанного вертикального ребра переменной высоты за счет выполнения его верхней плоскости под углом от 10° до 15° обусловлено с большей стороны предотвращением его контакта с надрессорной балкой при стандартных условиях эксплуатации, а с меньшей стороны минимальной высотой вертикального ребра в месте сопряжения с передней стенкой для равномерного распределения действующих сил на корпус клина и, соответственно, снижение износа, так как выполнение верхней плоскости ребра под меньшим углом приведет к меньшей высоте вертикального ребра у передней стенки и соответственно неравномерной передаче действующих сил на корпус клина и может привести к повышенному износу опорной площадки и фрикционного клина в целом.
Выполнение рабочей поверхности наклонной стенки с выпуклыми в наружную сторону корпуса клина боковыми участками и плоским участком между ними обеспечивает наличие двух точек контакта фрикционного клина с надрессорной балкой с обеих от него сторон, что позволяет существенно снизить возможность заклинивания и перекоса клина и, соответственно, снизить износ фрикционного клина. Также плоский участок рабочей поверхности наклонной стенки фрикционного клина служит индикатором износа клина. Значение ширины плоского участка составляет от 25% до 60% от ширины рабочей поверхности наклонной стенки, которое обусловлено с меньшей стороны возможностью просмотра износа рабочей поверхности, а с большей стороны исключением возможности заклинивания. Кроме того, выполнение боковых участков выпуклыми в наружную сторону корпуса клина радиусом R от 600 до 1000 мм обеспечивает при небольшом периоде эксплуатации притирание контактных зон клина, что позволяет снизить износ фрикционного клина на нерабочих поверхностях. Указанные диапазоны радиуса боковых участков и ширины плоского участка рабочей поверхности наклонной стенки приняты из расчета величин, при которых будет происходить оптимальная приработка рабочих поверхностей клина и надрессорной балки.
Выполнение наклонной стенки шириной менее ширины вертикальной стенки не более чем, на 20% обеспечивает снижение износа фрикционного клина за счет равномерного распределения сил, действующих на наклонную стенку со стороны надрессорной балки, на две составляющие и, соответственно, их передачу на вертикальную стенку и опорную площадку. В случае увеличения разницы указанных значений ширин более 20% приводит к образованию зон повышенного износа на стенках фрикционного клина из-за неравномерного распределения сил по рабочим поверхностям. Например, при выполнении ширины наклонной стенки меньше ширины вертикальной стенки более чем на 20% приводит к повышенному износу средней части рабочей поверхности вертикальной стенки и меньшему износу крайних частей рабочей поверхности вертикальной стенки.
Продольные упоры на боковых стенках в верхней части клина ограничивают продольное перемещение клина относительно надрессорной балки, что обеспечивает предотвращение перекоса клина и равномерное распределение действующих сил по всем рабочим поверхностям клина, а соответственно и равномерный износ рабочих поверхностей вертикальной и наклонной стенок клина, что позволяет снизить излишний износ других стенок фрикционного клина. Выполнение продольных упоров таким образом, что ширина клина по продольным упорам составляет от 1,0 до 1,3 от ширины вертикальной стенки клина обусловлено с меньшей стороны возможностью ограничения продольного перемещения, а с большей стороны излишним износом продольных упоров. Выполнение продольных упоров вне указанных диапазонов приводит к повышенному износу самих продольных упоров.
Заявляемая полезная модель уже является реализованным техническим решением, для которого проведены прочностные расчеты и выявлены возможные картины распределения нагрузок с образованием зон концентрации напряжений, которые могут возникать в критических ситуациях и все указанные диапазоны геометрических параметров приняты из расчета величин, являющихся в своей совокупности оптимальными для достижения технического результата, а именно снижения износа клина, с учетом зависимости геометрических параметров друг от друга и с учетом допусков технологии выполнения фрикционного клина.
Кроме того, для предотвращения сколов и износа углов клина, все углы выполнены закругленными по малым радиусам не более 5 мм. На вертикальной стенке с наружной ее стороны могут быть выполнены ступенчатые уступы с верхней стороны и/или с нижней стороны для индикации износа вертикальной стенки фрикционного клина.
Таким образом, заявляемая полезная модель всей своей совокупностью существенных признаков позволяет снизить износ фрикционного клина в процессе эксплуатации.