ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ВАГОН
RAILWAY CAR

Изобретение относится к моделированию железнодорожных вагонов высокоскоростного пассажирского поезда.
Известен железнодорожный вагон, содержащий тележки с колесными парами, раму с элементами сцепки, кузов с закрепленными на нем крыльями, обладающими подъемной силой при перемещении в воздушной среде, элементы поддержки крыльев, механизмы управления положением крыльев [1]. Пассажирский поезд с такими вагонами может перемещаться по железнодорожному пути с высокими скоростями, например, 300-600 км/ч, что требует перед его остановками эффективных систем торможения. Изменение скорости движения поезда (0-мах-0) требует корректировки положения крыльев.
Задачей изобретения является оснащение железнодорожного вагона крыльями простой конструкции, обладающими подъемной силой и аэродинамическим торможением.
Технический результат достигается тем, что в железнодорожном вагоне, содержащем тележки с колесными парами, раму с элементами сцепки, кузов с закрепленными на нем крыльями, обладающими подъемной силой при перемещении в воздушной среде, элементы поддержки крыльев, механизмы управления положением крыльев, каждое крыло выполнено в виде П-образной пластины с горизонтально расположенной рабочей частью и вертикально расположенными боковыми частями, имеющей возможность качания на осях, прикрепленных к боковым стенкам кузова. Каждый край рабочей части крыла имеет вогнутого очертания вырез, соответствующий выпуклости крыши кузова. Рабочая часть крыла имеет выпукло-вогнутый участок, выполняющий функцию поперечно расположенного ребра жесткости. Крыло имеет угловые ребра жесткости. Боковая часть крыла снабжена втулкой для установки на ось и шпинделем для присоединения к механизму управления положением крыльев.
На фиг.1 изображен железнодорожный вагон с качающимися крыльями, вид сбоку; на фиг.2 - вид на фиг.1 сверху; на фиг.3 изображено крыло, выполненное в виде П-образной пластины; на фиг.4 показано сечение фиг.3 плоскостью Q; на фиг.5 изображен механизм качания крыльев.
Железнодорожный вагон, например, пассажирского поезда с локомотивом, обеспечивающим высокие скорости (например, 300-600 км/ч) движения по железнодорожному (рельсовому) пути, содержит двухосные тележки 1 с колесными парами 2, раму 3 с элементами 4 сцепки, цельнометаллический кузов 5 с покатой крышей 6, окнами, дверями для входа/выхода пассажиров (фиг.1 и 2). Над крышей кузова расположены крылья 7, обладающие подъемной силой при перемещении в воздушной среде. Каждое крыло (фиг.3) выполнено в виде П-образной пластины, имеющей горизонтально расположенную рабочую часть 8 и вертикально расположенные боковые части 9. Рабочая часть крыла имеет выпукло-вогнутый участок 10, выполняющий функцию поперечно расположенного ребра жесткости. Снизу по периметру выпукло-вогнутого участка может быть прикреплена (приклеена, припаяна, приварена) плоская деталь 11 (фиг.4). Скругленные (заостренные) края 12 рабочей части крыла имеют вогнутого очертания вырезы, соответствующие выпуклости крыши кузова. Для придания крылу прочности на изгиб оно снабжено угловыми ребрами 13 жесткости (фиг.3). Возможно использование угловых ребер жесткости иной конструкции, например, в виде полосы (не показана) из листовой стали, прикрепленнойпод углом 45° между рабочей и боковой частями крыла. Имеющие треугольную форму боковые части крыла снабжены втулкой 14 для установки (с возможностью свободного качания) на ось 15, прикрепленную снаружи к боковой стенке 16 кузова. Оси выполняют функцию элементов поддержки крыльев. К боковым частям крыльев прикреплены (под прямым углом к поверхности) шпиндели 17 для присоединения к механизму 18 управления положением крыльев, например, механизму, состоящему из пневмоцилиндра 19, стальных звеньев 20 и шатунов 21 (фиг.5). Каждый пневмоцилиндр соединен (трубами, шлангами) с вагонной системой распределения сжатого воздуха (не показана). Возможно использование иного механизма, например, зубчато-реечного с приводом от электродвигателя. Вместо пневмоцилиндра может быть применен гидроцилиндр. Каждое качающееся крыло имеет возможность поворота относительно осевой линии o-y (фиг.1) при движении железнодорожного вагона: в направлении стрелки A на угол γ для создания подъемной силы и на угол (γ+δ) для создания условий аэродинамического торможения; в направлении стрелки B на угол β для создания подъемной силы и на угол (β+α) для создания условий аэродинамического торможения. В зависимости от скорости движения железнодорожного вагона углы β и γ могут составлять 3-5°, а углы (γ+δ) и (β+α) могут составлять 45-50°.
Железнодорожный вагон (фиг.1 и 2) изготавливают следующим образом. Изготавливают раму 3 с элементами 4 сцепки, двухосные тележки 1 с колесными парами 2. На раму устанавливают цельнометаллический кузов 5 с покатой (например, по хорде) крышей 6, окнами и дверями для входа/выхода пассажиров. На боковых стенках 16 кузова неподвижно закрепляют оси 15 и пневмоцилиндры 19 механизмов 18 управления положением крыльев. Оси выполняют функцию элементов поддержки качающихся крыльев. Оси и пневмоцилиндры изготавливают из нержавеющей стали. Каждый пневмоцилиндр присоединяют к вагонной системе распределения (подачи) сжатого воздуха. Из гладкого листового материала, например, нержавеющей стали толщиной листа 1,5-2,0 мм, делают плоскую заготовку с вогнутого очертания вырезами. Края 12 заготовки скругляют. В заготовке методом выдавливания получают выпукло-вогнутый участок 10. На гибочной машине заготовку изгибают, получая крыло 7 (фиг.3) в видеП-образной пластины с угловыми ребрами 13 жесткости между рабочей частью 8 и боковыми частями 9. К рабочей части крыла снизу по периметру выпукло-вогнутого участка прикрепляют гладкую плоскую деталь 11 (фиг.4), изготовленную из нержавеющей стали. К боковой части крыла снизу прикрепляют (приваривают) втулку 14, выше которой устанавливают шпиндель 17. Для снижения массы крыла возможно его изготовление из легких листовых материалов (алюминия, титана). Возможно изготовление крыла из пластмассы. Готовое крыло (крылья) устанавливают (надевают втулки на оси) над крышей кузова с возможностью его свободного качания (влево, вправо) относительно осевой линии o-y. На шпиндель надевают шатун 21, соединенный через звено 20 с пневмоцилиндром (фиг.5). Управление положением (поворотом относительно осевой линии o-y на угол γ или β для создания подъемной сипы) крыльев осуществляют путем подачи сжатого воздуха в пневмоцилиндры. Чем выше скорость движения вагона, тем меньше угол отклонения (поворота) крыла относительно осевой линии o-y, например, при скорости 300 км/ч углы γ и β могут составлять 5°, а при скорости 600 км/ч - 3°.
При движении железнодорожного вагона в направлении стрелок A или B поток встречного воздуха, воздействуя на прикрепленные к кузову крылья, создаст подъемную силу, вследствие чего уменьшается давление колес на железнодорожный (рельсовый) путь. Это повышает ресурс (продолжительность эксплуатации, сохранность полотна) железнодорожного пути, снижает износ колесных пар, уменьшает затраты топлива/электроэнергии локомотивом. Для создания условий аэродинамического торможения вагона (вагонов) крылья отклоняют относительно осевой линии o-y на угол (γ+δ) или (β+α), соответствующий 45-50°. При этом возникает значительное лобовое сопротивление крыльев, опирающихся одним краем рабочей части на крышу кузова, встречному потоку воздуха, что способствует торможению вагона (вагонов). При этом снижается пробег (тормозной путь) вагона до его полной остановки перед очередной железнодорожной станцией, что экономит время: упрощается конструкция крыла.
Источник информации
1. KR 20030084876, 2003.