Надрессорная балка с износостойкой защитой подпятника

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту и касается конструкции тележки грузового вагона, в частности надрессорной балки, а именно подпятникового места.
Из патента № 2466892 на изобретение известен пятниковый узел опоры кузова на тележку грузового вагона, содержащий пяту, закрепленную на кузове вагона, и подпятник, выполненный в виде углубления цилиндрической формы в надрессорной балке тележки, при этом между пятой и боковой стенкой подпятника установлено износостойкое кольцо с возможностью угловых поворотов между пятой и подпятником и покрытое смазочным материалом с высокой адгезией, между дном подпятника и опорным торцом пяты установлены две прокладки в виде дисков из твердого смазочного материала, а между ними размещен перфорированный диск из износостойкого материала. Износостойкое кольцо выполнено трапециевидным в поперечном сечении с наклоном наружной поверхности к вертикальной стенке подпятника.
Недостатком пятникового узла по патенту № 2466892 является то, что износостойкое кольцо установлено с возможностью угловых поворотов между пятой и подпятником, что приводит к повышенному износу поверхности подпятника, контактирующей с износостойким кольцом, в процессе эксплуатации.
Из патента № 196132 на полезную модель известна надрессорная балка с износостойкой защитой подпятника, содержащая нижний и верхний пояса, соединенные боковыми стенками, имеющая подпятниковое место, при этом в подпятниковое место, на опорную поверхность, установлены износостойкий вкладыш толщиной от 6 мм до 10,5 мм из среднеуглеродистой стали и износостойкое кольцо толщиной от 7 мм до 9 мм, в верхней части которого выполнено не менее трех пазов, равномерно распределенных по окружности подпятникового места, при этом износостойкое кольцо закреплено от выпадения и проворачивания ограничителями, выполненными наплавкой в пазах на внутреннем бурте подпятникового места надрессорной балки.
Недостатком надрессорной балки по патенту № 196132 является сложность ее конструкции (а, следовательно, и сложность в изготовлении), обусловленная сложностью подпятникового узла; недостаточной надежностью подпятникового узла из-за возможного износа его поверхности вследствие повреждения в процессе эксплуатации наплавок.
Подпятник по патенту № 196132 выбран в качестве наиболее близкого аналога.
Техническая проблема, решаемая предлагаемой полезной моделью, – повышение надежности подпятникового узла, снижение износа подпятника.
Технический результат, достигаемый полезной моделью, - повышение надежности надрессорной балки за счет снижения износа подпятника, упрощение конструкции за счет упрощения конструкции подпятника, повышение технологичности изготовления и ремонта.
Заявляемый технический результат достигается тем, что в надрессорной балке с износостойкой защитой подпятника, содержащей нижний и верхний пояса, соединенные боковыми стенками, подпятник, выполненный с буртом с внутренней цилиндрической поверхностью, ограничивающей подпятниковое место, износостойкое металлическое кольцо, соединенное с внутренней цилиндрической поверхностью бурта подпятника, износостойкий диск, установленный на подпятниковое место, согласно полезной модели износостойкое кольцо установлено на подпятниковое место и выполнено с внутренней поверхностью в виде усеченного конуса, сужающегося к подпятниковому месту, конусность внутренней поверхности износостойкого кольца составляет от 1: 12 до 1:13, износостойкое кольцо соединено с буртом подпятника посредством прерывистого сварного шва, у которого длина провариваемого участка составляет 130 - 170 мм, расстояние между провариваемыми участками составляет 30 - 70 мм, износостойкий диск выполнен толщиной от 5 мм до 8 мм и установлен внутри износостойкого кольца.
Износостойкий диск может быть выполнен из полимерного материала.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображен вид сбоку заявляемой надрессорной балки.
На фиг. 2 изображено поперечное сечение подпятникового узла надрессорной балки.
Позиции на фигурах
1 – нижний пояс надрессорной балки;
2 – верхний пояс надрессорной балки;
3 – боковые стенки надрессорной балки;
4 – бурт подпятника;
5 – подпятниковое место;
6 – износостойкое кольцо;
7 – износостойкий диск;
8 – внутренняя поверхность износостойкого кольца.
Надрессорная балка с износостойкой защитой подпятника содержит нижний 1 и верхний 2 пояса, соединенные боковыми стенками 3; подпятник, выполненный с буртом 4 с внутренней цилиндрической поверхностью, ограничивающей подпятниковое место 5; износостойкое металлическое кольцо 6, соединенное с внутренней цилиндрической поверхностью бурта 4 подпятника; износостойкий диск 7, установленный на подпятниковое место 5. Износостойкое кольцо 6 выполнено с внутренней поверхностью 8 в виде усеченного конуса, сужающегося к подпятниковому месту 5; конусность внутренней поверхности 8 износостойкого кольца 6 составляет от 1:12 до 1:13; износостойкое кольцо 6 соединено с буртом  4 подпятника посредством прерывистого сварного шва, у которого длина провариваемого участка составляет 130 - 170 мм, расстояние между провариваемыми участками составляет 30 – 70 мм; на пятниковом месте размещен износостойкий диск  7 толщиной от 5 мм до 8 мм. Износостойкий диск 7 может быть выполнен из полимерного материала, например из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, резины, термопластичного углекомпозита, обладающих высокой прочностью, износостойкостью, упругостью.
Внутренняя поверхность кольца 6 является упорной поверхностью подпятника, в которую упирается своей боковой поверхностью пятник. Конусности в диапазоне от 1: 12 до 1:13 достаточно, чтобы обеспечивать надежность функционирования пятникового узла при динамических нагрузках и наклонах в процессе эксплуатации.
При конусности менее 1:12 будет иметь место вероятность повреждения кольца 6 из-за недостаточного угла для обеспечения наклона пятника по отношению к бурту 4 при динамических нагрузках и наклонах при прохождении вагоном кривых или наклонных участков.
При конусности более 1:13 будет чрезмерно большой люфт между буртом 4 и пятником, что также может привести к вероятности повреждения кольца 6 от воздействия пятником при высоких динамических нагрузок при прохождении вагоном кривых и наклонных участков.
Толщина износостойкого диска 7 в диапазоне от 5 мм до 8 мм достаточна, чтобы обеспечить целостность диска в процессе эксплуатации.
Крепление кольца 6 к бурту 4 посредством прерывистого сварного шва обеспечивает снижение механических напряжений в месте соединения кольца 6 и бурта 4, повышая, таким образом, надежность подпятникового узла в месте соединения кольца 6 и бурта 4. При этом прерывистый сварной шов в полной мере обеспечивает целостность (прочность) указанного соединения не менее, чем посредством сплошного сварного соединения при длине провариваемого участка 130 - 170 мм и расстоянии между провариваемыми участками 30 – 70 мм.
Кроме того, в отличие от сплошного сварного шва прерывистый сварной шов позволяет сократить время сборки подпятникового узла, что свидетельствует о большей технологичности изготовления по сравнению с наиболее близким аналогом; снижается расход материалов (электроды, проволока), используемых для обеспечения сварки (например, полуавтоматической сварки), что также свидетельствует о большей технологичности по сравнению с наиболее близким аналогом.
Повышение надежности за счет снижения износа подпятника обеспечивается за счет того, что в процессе эксплуатации обеспечено надежное и прочное соединение износостойкого кольца  с буртом подпятника без риска его повреждения. Поэтому возможность повреждения бурта подпятника в процессе эксплуатации исключена.
Упрощение конструкции обеспечено тем, что в заявляемой надрессорной балке при сборке подпятникового узла отсутствует необходимость в выполнении в износостойком кольце пазов и наплавок в бурте, предназначенных для размещения в пазах кольца для ограничения его проворота.
Упрощение конструкции и технологичность заявляемой конструкции обеспечивается также тем, что износостойкий диск размещен внутри кольца, а не под кольцом, как в наиболее близком аналоге. При таком размещении износостойкого диска возможна его замена без необходимости предварительного удаления износостойкого кольца. Что упрощает возможность ремонта подпятникового узла в случае необходимости замены износостойкого диска.
В случае необходимости ремонта (замены) износостойкого кольца, он легко отделяется от бурта 4 и заменяется на новый без повреждения других конструктивных элементов подпятника (бурта, пятникового места).
Таким образом, заявляемая полезная модель позволяет обеспечить технический результат, заключающийся в повышении надежности надрессорной балки за счет снижения износа подпятника, упрощении конструкции за счет упрощения конструкции подпятника, повышении технологичности изготовления и ремонта.