ФРИКЦИОННЫЙ ГАСИТЕЛЬ КОЛЕБАНИЙ ТЕЛЕЖКИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ВАГОНА
RAILWAY CAR BOGIE FRICTION DAMPER

Заявляемое изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к гасителям колебаний центрального рессорного подвешивания тележек грузовых вагонов.
Аналогом заявляемого изобретения является фрикционный амортизатор тележки грузового вагона, включающий клин, вертикальная и наклонная поверхности которого выполнены в верхних частях с армированными и неармированными покрытиями, а в нижних частях - армированными и неармированными покрытиями с переменными фрикционными характеристиками (см. патент RU №2101205, МПК B61F 5/12, 1998 г.). Существенные признаки аналога «клин, вертикальная поверхность, наклонная поверхность» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.
Недостатком аналога является сложность и затратность изготовления клина, требуются сложные операции (индукционная наплавка шихты) в специальных производственных условиях. При этом в случае износа покрытий клин потребует капитального ремонта, который по сложности и стоимости будет сопоставим с изготовлением нового клина, что делает клин практически неремонтопригодным.
Другим аналогом заявляемого изобретения является фрикционный клин, на наклонной поверхности которого установлена накладка из полимерного композиционного материала, оксадона, углепластика и т.д., закрепленная крепежным элементом (см. патент RU №184146, МПК B61F 5/12, 2018 г.). Существенные признаки аналога «фрикционный клин, на наклонной поверхности установлена накладка» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.
Недостатком аналога является неремонтопригодность клина из-за изнашивания его вертикальной рабочей поверхности, на которой отсутствуют сменные элементы.
Другим аналогом заявляемого изобретения является фрикционный гаситель колебаний тележки железнодорожного вагона, включающий фрикционный клин, на наклонной поверхности которого размещена выполненная из полимерного материала накладка, выступы которой размещены в соответствующих пазах фрикционного клина (см. патент RU №194882, МПК B61F 5/12, 2019 г.). Существенные признаки аналога «на наклонной поверхности размещена накладка из полимерного материала, выступы размещены в соответствующих пазах фрикционного клина» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.
Недостатком аналога также является неремонтопригодность клина из-за изнашивания его вертикальной рабочей поверхности, на которой отсутствуют сменные элементы.
Другим аналогом заявляемого изобретения является фрикционный гаситель колебаний тележки железнодорожного вагона, включающий фрикционный клин, на наклонной поверхности которого размещена выполненная из эластомерного материала накладка, выступы которой размещены в соответствующих пазах фрикционного клина (см. патент RU №2523513, МПК B61F 5/12, 2014 г.). Существенные признаки аналога «на наклонной поверхности размещена накладка, выступы размещены в соответствующих пазах фрикционного клина» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.
Недостатком аналога также является неремонтопригодность клина из-за износа его вертикальной рабочей поверхности, на которой отсутствуют сменные элементы.
Другим аналогом заявляемого изобретения является фрикционный клин в сборе для использования в системе подвески железнодорожных вагонов, на вертикальной поверхности которого размещена композиционная накладка с металлическим каркасом, зафиксированная на клине запорной лапкой и выступами каркаса (см. заявка US 2004/0025740, МПК B61F 3/00, 2004 г.). Существенные признаки аналога «на вертикальной поверхности размещена композиционная накладка с металлическим каркасом, зафиксированная на клине» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.
Недостатком аналога также является неремонтопригодность клина из-за износа его наклонной поверхности, на которой отсутствуют сменные элементы, а также недостаточная амортизирующая способность накладки из-за ее малой толщины, которую обуславливает максимально допустимый зазор между клином и специальной фрикционной планкой, закрепленной на колонках боковых рам тележки.
Другим аналогом заявляемого изобретения является фрикционный клин, на наклонной и вертикальной поверхностях которого размещены сменные пластины, выступы которых размещены в соответствующих пазах фрикционного клина (см. патент US №7845288, МПК B61F 3/00, 2010 г.). Существенные признаки аналога «на наклонной и вертикальной поверхностях размещены сменные пластины, выступы размещены в соответствующих пазах» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.
Недостатком аналога является недостаточная амортизирующая способность сменных пластин из-за их незначительной толщины, обусловленной максимально допустимыми зазорами между клином, фрикционной планкой и надрессорной балкой тележки, что не обеспечивает одновременности износа обеих накладок в процессе эксплуатации. В результате при износе одной из накладок приходится заменять и другую, которая еще не выработала свой ресурс.
Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является гаситель колебаний тележки железнодорожного вагона, включающий фрикционный клин, на наклонной и вертикальной поверхностях которого размещены сменные пластины из неметаллического материала, выступы которых размещены в соответствующих пазах фрикционного клина (см. патент CN №201794981, МПК F16F 7/00, 2010 г.). Существенные признаки наиболее близкого аналога «на наклонной и вертикальной поверхностях размещены сменные пластины из неметаллического материала» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.
Недостатком наиболее близкого аналога является несбалансированность фрикционно-износных и демпфирующих характеристик гасителя колебаний, снабженного сменными пластинами, размещенными на поверхностях фрикционного клина. В результате не обеспечивается достаточный безремонтный пробег фрикционного гасителя колебаний.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является оптимизация фрикционно-износных и демпфирующих характеристик сменных элементов фрикционного клина, обеспечивающая стабильность эксплуатационных характеристик фрикционного клина.
Для достижения указанного технического результата во фрикционном гасителе колебаний тележки железнодорожного вагона, включающем фрикционный клин, на наклонной и вертикальной поверхностях которого размещены сменные фрикционные накладки, выступы которых размещены в соответствующих пазах металлической части фрикционного клина, фрикционная накладка, размещенная на вертикальной поверхности, выполнена с металлическим каркасом и соединена с фрикционным клином шиповым соединением вида «ласточкин хвост», фрикционная накладка, размещенная на наклонной поверхности фрикционного клина, выполнена со сдвоенным выступом или выступами, а толщина рабочей части (части, которая может быть изношена в процессе эксплуатации) накладки, размещенной, на вертикальной поверхности, составляет от 0,5 до 0,7 от толщины рабочей части накладки, размещенной на наклонной поверхности, при этом накладка, размещенная на вертикальной поверхности, выполнена из полимерного композиционного фрикционного материала с коэффициентом трения по стали 0,30÷0,40, а накладка, размещенная на наклонной поверхности, выполнена из полиуретана вида вулколлан с коэффициентом трения по стали 0,20÷0,25.
Существенные признаки заявляемого изобретения «фрикционная накладка, размещенная на вертикальной поверхности, выполнена с металлическим каркасом и соединена с фрикционным клином шиповым соединением вида «ласточкин хвост», фрикционная накладка, размещенная на наклонной поверхности фрикционного клина, выполнена со сдвоенным выступом (или сдвоенными выступами), а толщина рабочей части (части, которая может быть изношена в процессе эксплуатации) накладки, размещенной на вертикальной поверхности, составляет 0,5÷0,7 от толщины рабочей части накладки, размещенной на наклонной поверхности, при этом накладка, размещенная на вертикальной поверхности, выполнена из полимерного композиционного фрикционного материала с коэффициентом трения по стали 0,30÷0,40, а накладка, размещенная на наклонной поверхности, выполнена из полиуретана вида вулколлан с коэффициентом трения по стали 0,2÷0,25» являются отличительными от признаков наиболее близкого аналога.
На фигуре изображен фрикционный гаситель колебаний, вид сбоку, сечение по сдвоенному выступу наклонной накладки (металлическая часть клина без штриховки).
Фрикционный гаситель колебаний включает стальной или чугунный клин 1. Клин выполнен с наклонной поверхностью 2, взаимодействующей в процессе эксплуатации с соответствующей поверхностью надрессорной балки, и с вертикальной поверхностью 3, взаимодействующей в процессе эксплуатации с фрикционной планкой. Наклонную и вертикальную поверхности клина образуют фрикционные накладки 4 (наклонная поверхность) и 5 (вертикальная поверхность). Накладка, образующая вертикальную поверхность, снабжена армирующим опорным каркасом 6, и выполнена из полимерного фрикционного композита. Соединение вертикальной накладки с металлической частью клина выполнено как шиповое соединение типа «ласточкин хвост», для чего вертикальная накладка выполнена с трапециевидным сечением, как и соответствующее ей углубление в металлической части фрикционного клина. Накладка, образующая наклонную поверхность, выполнена со сдвоенным выступом 7, заходящим в соответствующий паз металлической части фрикционного клина и фиксирующим наклонную накладку. Сдвоенный выступ выполнен с широкой частью (частью с большим диаметром) и узкой частью (с меньшим диаметром) для обеспечения повышенной демпфирующей способности накладки при износах, близких к максимально допустимому значению. Накладка может содержать один, два или более сдвоенных выступов. Толщина вертикальной накладки больше ее рабочей толщины, т.е. той толщины, которая может быть изношена (истерта) в процессе эксплуатации, более чем в два раза, что гарантирует необходимую сжимаемость вертикальной накладки в процессе всего эксплуатационного периода (в том числе при износах, близких к максимально допустимому значению), а металлический каркас при этом обеспечивает надежную фиксацию накладки.
1
2
Толщина H рабочей части вертикальной накладки и толщина H рабочей части наклонной накладки взаимосвязаны, толщина рабочей части вертикальной накладки составляет от 0,5 до 0,7 от рабочей толщины наклонной накладки. При этом вертикальная накладка выполнена из композиционного фрикционного материала, например из композита с матрицей из вулканизата каучука, содержащего также дисперсные наполнители, в том числе волокнистые. Коэффициент трения композиционного фрикционного материала по стали составляет от 0,30 до 0,40. Наклонная накладка выполнена из полиуретана вида вулколлан, коэффициент трения которого по стали составляет от 0,20 до 0,25.
Конкретным примером заявляемого изобретения является клин составной, выполненный из серого чугуна СЧ18, наклонная накладка выполнена из полиуретана АТИлан 124-01 (коэффициент трения по стали 0,2), вертикальная накладка выполнена из полимерного фрикционного композита с матрицей из вулканизата каучука СКД, коэффициент трения по стали 0,35.
Выполнение фрикционного гасителя колебаний в соответствии с заявляемым изобретением обеспечивает симметричный износ фрикционных накладок в процессе эксплуатации, что позволяет заменять их одновременно с практически одинаковой степенью износа. Наличие у вертикальной накладки значительной полимерной части, не изнашиваемой в процессе эксплуатации и размещенной внутри металлической части фрикционного клина, обеспечивает необходимые демпфирующие свойства фрикционной накладки даже при максимально допустимом износе ее рабочей части, что гарантирует необходимую сжимаемость вертикальной накладки в процессе всего эксплуатационного периода, а металлический каркас при этом обеспечивает надежную фиксацию накладки. Наличие у выступов наклонной накладки частей с большим диаметром, которые находятся внутри металлической части фрикционного клина и не изнашиваются в процессе эксплуатации, также обеспечивает необходимые демпфирующие свойства накладки при максимально допустимом ее износе. В результате удается достигнуть сбалансированности фрикционно-износных и демпфирующих характеристик и свойств фрикционного гасителя колебаний.