ДВУХОСНАЯ ТЕЛЕЖКА С КЛИНОВЫМ ГАСИТЕЛЕМ КОЛЕБАНИЙ ДЛЯ ГРУЗОВОГО ВАГОНА

Полезная модель относится к подвижному составу железнодорожного транспорта и может быть использована в конструкциях двухосных тележек с клиновым гасителем колебаний для грузовых вагонов.
В эксплуатируемых двухосных тележках грузовых вагонов (Вагоны / Под ред. Л.А.Шадура. - М.: Транспорт, 1980. - 439 с.) надрессорная балка опирается двумя концами на две боковые рамы через цилиндрические пружины и две пары подпружиненных фрикционных клиньев, которые образуют клиновой гаситель колебаний, обеспечивающий гашение вертикальных и поперечных колебаний силами трения, развиваемыми на вертикальных поверхностях клиньев, но также совместно с пружинами оказывающий сопротивление продольному относительному смещению между боковыми рамами. При этом конструкция самих фрикционных клиньев такова, что ширина их наклонной поверхности меньше, чем ширина вертикальной поверхности. Угол наклона поверхности фрикционного клина, взаимодействующей с надрессорной балкой, к горизонтали составляет 45°.
Такая конструкция двухосной тележки имеет следующие недостатки, обусловленные конструкцией клинового гасителя колебаний.
Под действием продольных сил при движении в кривых и извилистом качении колесных пар в прямых, возникает относительное продольное перемещение между боковыми рамами, называемое «забегание», которое кинематически обеспечивается поворотом надрессорной балки в плане относительно боковой рамы вокруг одного из наклонных ребер фрикционного клина. Таким образом, сопротивление изменению
конфигурации оказывает только часть пружин рессорного комплекта, расположенных под надрессорной балкой, а начальное сопротивление определяется шириной наклонной поверхности фрикционного клина. Опыт эксплуатации и испытаний показал, что такое сопротивление «забеганию» боковых рам в прямых и кривых участках пути недостаточно, и виляние тележки и вагона возникает уже при скорости 70 км/ч. Эффект виляния вагона в пути приводит к повышению износа колес и рельсов, создает условия для схода вагона с железнодорожного пути и ограничивает использование тележки при повышенных скоростях движения и осевых нагрузках.
Из-за поворотов надрессорной балки вокруг ребер наклонной поверхности фрикционного клина, износ его наклонной поверхности преобладает над износом вертикальной в 2-3 раза. Быстрое накопление износа наклонной поверхности приводит к дальнейшему уменьшению сопротивления «забеганию» боковых рам, увеличению интенсивности колебаний и еще большему росту износов и снижению безопасности от схода вагона с рельсов.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является конструкция тележки двухосной для грузовых вагонов (Патент RU 2275308, B61F 5/12, B61F 5/26, B61F 5/38, B61F 3/02 от 27.04.2006 г.), в которой фрикционные клинья гасителей колебаний взаимодействуют с опорными наклонными поверхностями в проемах надрессорной балки через плоские упругие накладки, разнесенные на их опорных плоскостях, при этом углы наклона взаимодействующих контактных поверхностей к поперечной оси равны +γ и -γ, соответственно. Отличие тележки заключается в том, что 2γ может быть равен 90°, а линия пересечения опорных поверхностей может быть наклонена к горизонтальной плоскости под углом 45°.
Данная конструкция обеспечивает жесткую связь в плане между надрессорной балкой и фрикционным клином при «забегании» боковых рам. Поворот надрессорной балки относительно боковой рамы становится
возможным только за счет поворота вокруг одного из ребер вертикальной поверхности фрикционного клина, то есть сопротивление оказывают не только пружины под надрессорной балкой, но и подклиновые пружины, а его начальное значение определяет ширина вертикальной поверхности фрикционного клина.
Недостатком данной конструкции тележки является сложная пространственная конфигурация наклонных поверхностей фрикционного клина и проемов надрессорной балки, требующая строгого соблюдения допусков при изготовлении.
Увеличенное давление на накладки наклонной поверхности фрикционного клина за счет углов +γ и -γ приводит к снижению их прочности и срока службы.
Задачей полезной модели является разработка двухосной тележки с клиновым гасителем колебаний для грузового вагона, обеспечивающей более эффективное взаимодействие с рельсами железнодорожных путей, и повышение надежности тележки за счет более долговечной конструкции клинового гасителя колебаний.
Технический результат достигается тем, что в двухосной тележке с клиновым гасителем колебаний для грузовых вагонов, включающей надрессорную балку, опирающуюся на две боковые рамы через цилиндрические пружины и имеющую наклоненные под углом α к горизонтальной плоскости плоские контактные поверхности, расположенные в карманах симметрично продольной и поперечной осям, взаимодействующие с наклоненными под углом α к горизонтальной плоскости наклонными поверхностями подпружиненных фрикционных клиньев гасителя колебаний, ширина наклонной поверхности фрикционного клина на 23-92% больше, чем ширина вертикальной поверхности фрикционного клина.
На плоской наклонной поверхности фрикционного клина может быть установлена плоская полимерная накладка скругленной формы.
На плоской наклонной поверхности фрикционного клина могут быть установлены две симметричные относительно центра клина плоские полимерные накладки скругленной формы.
Угол наклона к горизонтальной плоскости контактных поверхностей в карманах надрессорной балки и плоских наклонных поверхностей фрикционных клиньев α может составлять 55°.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где показан вариант ее конструктивного исполнения:
- на фиг.1 изображен узел опирания надрессорной балки на боковую раму с установкой клинового гасителя колебаний;
- на фиг.2 показана конфигурация концевой части надрессорной балки;
- на фиг.3 показана геометрия фрикционного клина;
- на фиг.4 показана конфигурация клинового гасителя колебаний при «забегании» боковых рам;
- на фиг.5 показана экспериментальная зависимость среднего давления на наклонной поверхности клина от соотношения ширины наклонной поверхности к ширине вертикальной.
Двухосная тележка с клиновым гасителем колебаний для грузового вагона, содержащая надрессорную балку 1 (фиг.1), которая опирается каждым концом на боковую раму 2 через цилиндрические пружины 3 и пару подпружиненных фрикционных клиньев 4. Для размещения фрикционных клиньев 4 надрессорная балка 1 на каждом своем конце имеет карманы 5 (фиг.2), образованные наклонной поверхностью 6 и двумя вертикальными поверхностями 7. Две вертикальные поверхности 7 карманов 5 надрессорной балки 1 ограничивают поперечные перемещения фрикционных клиньев 4 относительно надрессорной балки 1.
Плоская наклонная поверхность 8 (фиг.3) каждого фрикционного клина 4 имеет тот же угол наклона к горизонтали α, что и наклонная поверхность 6 кармана 5 надрессорной балки 1. При этом ширина наклонной
2
1
поверхности 8, b, фрикционного клина 4 на 23-92% больше ширины вертикальной поверхности 9, b, того же фрикционного клина 4.
На плоской наклонной поверхности 8 фрикционного клина 4 могут симметрично размещаться одна или две плоские полимерные накладки 10 скругленной формы. Угол α наклонной поверхности 8 фрикционного клина 4, взаимодействующей с карманом 5 надрессорной балки 1, может составлять 55°.
Двухосная тележка с клиновым гасителем колебаний для грузового вагона работает следующим образом.
При движении вагона по железнодорожным путям вертикальные и горизонтальные нагрузки от кузова вагона передаются на надрессорную балку 1, от которой через пружины 3, карманы 5 и подпружиненные фрикционные клинья 4 передаются на боковые рамы 2.
2
При возникновении продольных сил, сдвигающих боковые рамы 2 друг относительно друга (фиг.4), кинематический поворот надрессорной балки 1 относительно боковой рамы 2 происходит совместно с фрикционным клином 4 вокруг одного из его вертикальных ребер 11 за счет увеличенной на 23-92% ширины наклонной поверхности 8, b. При этом в сопротивлении «забеганию» участвуют все пружины рессорного комплекта (под клиньями и надрессорной балкой).
Экспериментально установлено, что при опрокидывании фрикционных клиньев относительно вертикального ребра сопротивление тележки «забеганию» боковых рам составляет 2,3 МН/м, чему соответствует скорость появления извилистого движения колесных пар порожних вагонов 130 км/ч. В случае, когда опрокидывание происходит относительно наклонного ребра, сопротивление тележки «забеганию» боковых рам уменьшается на 37%, а скорость появления извилистого движения колесных пар снижается до 90 км/ч. Таким образом, увеличение ширины наклонной поверхности клина по сравнению с шириной вертикальной поверхности приводит к отсутствию
перекосов колесных пар и, соответственно, их более эффективному взаимодействию с рельсами железнодорожных путей.
Ограничение превышения ширины наклонной поверхности фрикционного клина над шириной вертикальной поверхности в диапазоне 23...92% обеспечивает снижение амплитуды динамической нагрузки на наклонную поверхность, и, следовательно, более долговечную конструкцию клинового гасителя колебаний, повышающую надежность тележки.
При повороте надрессорной балки 1 относительно боковой рамы 2 на наклонную поверхность 8 фрикционного клина 4 действует линейно изменяющаяся по ее ширине распределенная нагрузка, которая для обеспечения поворота фрикционного клина 4 вокруг вертикального ребра 11 должна обеспечить опрокидывающий момент относительно него. При этом наклонная опорная поверхность 6 в кармане 5 надрессорной балки 1 не должна отрываться от наклонной поверхности 8 фрикционного клина 4, что выполняется при условии:
1
2
где b - ширина вертикальной поверхности 9 фрикционного клина 4, b - ширина наклонной поверхности 8 фрикционного клина 4, d - расстояние между полимерными накладками 10 по ширине наклонной поверхности фрикционного клина.
2
2
1
Изменение d/b в конструктивно реализуемом диапазоне от 0,4 до 0,8 в соответствии с формулой (1) показывает, что ширина bнаклонной поверхности 8 фрикционного клина 4 должна превышать ширину b его вертикальной поверхности 10 на 23...92%, что гарантирует поворот фрикционного клина 4 вокруг его вертикального ребра 11 при приложении момента, поворачивающего надрессорную балку 1 относительно боковой рамы 2, и обеспечивает уменьшение амплитуды динамической нагрузки на наклонную поверхность.
2
1
2
1
2
1
Влияние отношения ширины b наклонной поверхности фрикционного клина к ширине b вертикальной поверхности на среднее давление на наклонную поверхность фрикционного клина при его опрокидывании показано на экспериментальном графике (фиг.5). Когда b/b меньше 1,23, то среднее давление на наклонной поверхности резко увеличивается в 1,5-1,8 раза за счет обезрузки части наклонной поверхности, и, следовательно, уменьшения рабочей площади. При b/b больше 1,92 отличие среднего давления на наклонную поверхность в случае обезгрузки не превышает 10%.
Увеличение угла между наклонной поверхностью 8 фрикционного клина 4 и горизонталью, α, от 45° (как в тележке-аналоге и тележке-прототипе) до 55° приводит к увеличению сопротивления «забеганию» в 1,8 раза при прочих равных условиях. Таким образом, увеличение угла наклона клина к горизонтали обеспечивает повышение сопротивления тележки изменению ее конфигурации в плане.
Сила, действующая на наклонную поверхность клина, описанного в тележке-аналоге, обратно пропорциональна косинусам углов γ и α. Для клина с плоской наклонной поверхностью (γ=0°) с наклоном к горизонтали α=55°, сила на наклонной поверхности на 15% ниже, чем для γ=45°, α=45°, так как , а . Таким образом, прочность и долговечность наклонной поверхности фрикционного клина и размещаемых на ней накладок повышается за счет снижения действующих нагрузок.
Плоские полимерные накладки 10 между фрикционными клиньями 4 и карманами 5 надрессорной балки 1 обеспечивают снижение износов карманов надрессорной балки, выполненных стальными, более равномерное распределение контактного давления по наклонной поверхности 6 кармана 5 надрессорной балки 1.