НАРУЖНАЯ ПРУЖИНА ДЛЯ РЕССОРНОГО ПОДВЕШИВАНИЯ

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, касается рессорного подвешивания двухосных тележек грузовых вагонов, в частности наружной пружины для рессорного подвешивания.
Известна наружная пружина для рессорного подвешивания, содержащая рабочие и опорные витки пружины, выполненные по спирали из стального круглого прутка, каждый опорный виток имеет сужающийся конец и торец, образующий опорную поверхность конца пружины, в проектном вертикальном положении пружины между ее каждым опорным витком и поджатым к нему смежным рабочим витком выбран зазор в пределах 0,01-0,15 расстояния между опорной поверхностью торца опорного витка и крайней точкой конусообразного конца опорного витка, которое выбрано в пределах 0,3-0,5 диаметра прутка пружины, а отношение диаметра прутка пружины к наружному диаметру соответствует 0,15, число рабочих витков пружины n=3,42, суммарное число витков пружины равно 4,92, внутренний диаметр пружины выбран в пределах 138,2-142,8 мм, высота пружины в свободном состоянии в пределах 246-254 мм, при этом пруток пружины выполнен из стали 60С2ХФА-Д-ЗБ или из стали 51CrV4 при твердости поверхности каждого витка пружины после ее термической обработки в пределах 375-444 НВ (RU 152365, B61F 5/06, 27.05.2015).
Недостатками данной наружной пружины для рессорного подвешивания являются: высокие напряжения в рабочих витках при ее нагружении в виду малого числа рабочих витков для высоты в свободном состоянии 254 мм, что ограничивает циклическую долговечность наружной пружины и сокращает срок службы при эксплуатации; применение только одной марки стали 60С2ХФА, что увеличивает ее себестоимость и ограничивает использование других марок сталей.
Известна наружная пружина для рессорного подвешивания витая цилиндрическая с рабочими и опорными витками, имеющая число рабочих витков 3,8-4,0, индекс, определяемый как отношение среднего диаметра витка к диаметру прутка пружины, составляет 6,000-6,444, выполнена из стали, имеющей предел текучести не менее 1470 МПа (RU 161329, F16F 1/06, 20.04.2016).
Недостатками данной наружной пружины для рессорного подвешивания являются: низкая жесткость для применения в тележках грузовых вагонов с осевой нагрузкой 23,5 т; применение сталей только с пределом текучести не менее 1470 МПа, что ограничивает применение марок сталей с пределом текучести менее 1470 МПа для изготовления наружной пружины.
Известна наружная пружина для рессорного подвешивания, витая цилиндрическая, с рабочими и опорными витками, имеющая число рабочих витков 3,75, индекс, определяемый как отношение среднего диаметра витка к диаметру прутка пружины, составляет 5,966 (RU 181833, F16F 1/06, 26.07.2018).
Недостатком данной наружной пружины для рессорного подвешивания является низкая жесткость для применения в тележках грузовых вагонов с осевой нагрузкой 23,5 т.
Известна наружная пружина для рессорного подвешивания цилиндрическая винтовая, представляющая собой брус, ось которого параллельна винтовой линии образующей цилиндра, с рабочими и опорными витками, средний диаметр которой составляет интервал от 168 мм до 172 мм, ее индекс, определяемый как отношение среднего диаметра витка к диаметру прутка пружины, составляет интервал от 5,667 до 5,931, пружина выполнена из стали с пределом текучести не менее 1470 МПа, а угол подъема оси винтового бруса составляет интервал от 5,853 до 6,229, длина оси рабочей части винтового бруса составляет интервал от 2094 мм до 2149 мм (RU 188187, B61F 5/06, F16F 1/06, 02.04.2019).
Недостатками данной наружной пружины для рессорного подвешивания являются: низкая жесткость для применения в тележках грузовых вагонов с осевой нагрузкой 23,5 т; применение сталей только с пределом текучести не менее 1470 МПа, что ограничивает применение марок сталей с пределом текучести менее 1470 МПа для изготовления наружной пружины.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является наружная пружина для рессорного подвешивания цилиндрическая витая с рабочими и опорными витками, а ее индекс, определяемый как отношение среднего диаметра витка к диаметру прутка пружины, составляет интервал от 5,667 до 5,931, диаметр прутка пружины от 28,79 мм до 29 мм, средний диаметр витка от 168 мм до 172 мм, угол подъема винтовой линии рабочих витков от 5,853° до 6,229°, пружина выполнена из стали, имеющей предел текучести не менее 1470 МПа (RU 188249, B61F 5/06, F16F 1/06, 04.04.2019).
Недостатками данной наружной пружины для рессорного подвешивания являются
высокие напряжения в рабочих витках при ее нагружении в виду увеличенного среднего диаметра витка и индекса пружины, что сокращает срок службы пружины в эксплуатации;
применение сталей только с пределом текучести не менее 1470 МПа, что ограничивает применение марок сталей с пределом текучести менее 1470 МПа для изготовления наружной пружины.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в создании наружной пружины с геометрическими характеристиками и марками сталей с пределом текучести ниже 1470 МПа, которые позволяют снизить напряжения в рабочих витках пружины, увеличить циклическую долговечность и обеспечить срок службы в эксплуатации не менее 16 лет.
Технический результат достигается тем, что наружная пружина для рессорного подвешивания цилиндрическая витая с рабочими и опорными витками, имеющая полное число витков в интервале от 5,37 до 5,63, ее индекс, определяемый как отношение среднего диаметра витка к диаметру прутка пружины, составляет интервал от 5,793 до 5,897, диаметр прутка пружины - от 28,79 мм до 29 мм, максимальный размер среднего диаметра витка пружины - 171 мм, имеет клинообразную форму опорных концов, имеет число рабочих витков 4,0, минимальный размер среднего диаметра витка пружины - 166,79 мм, угол подъема винтовой линии рабочих витков - от 6,56° до 6,94°, высоту в свободном состоянии - от 247 мм до 255 мм, выполнена из пружинных марок сталей с минимальными пределами текучести 1325 МПа.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежом.
cp
пр
св
Наружная пружина для рессорного подвешивания цилиндрическая витая с рабочими 1 и опорными 2 витками, имеющая число рабочих витков 4,0, полное число витков от 5,37 до 5,63, выполнена из пружинных марок сталей 60С2А, 60С2ХА, 60С2ХФА или 65С2ВА, имеющих предел текучести в диапазоне от 1325 МПа до 1665 МПа, при этом ее индекс, определяемый как отношение среднего диаметра витка D в диапазоне от 166,79 мм до 171 мм к диаметру прутка пружины d в диапазоне от 28,79 мм до 29 мм, составляет интервал от 5,793 до 5,897, угол подъема винтовой линии рабочих витков α - от 6,56° до 6,94°, высота в свободном состоянии - Н от 247 мм до 255 мм, имеющая клинообразную форму опорных концов.
Увеличение угла подъема винтовой линии рабочих витков до диапазона 6,56-6,94°, относительно угла в прототипе в диапазоне 5,853-6,229°, приводит к снижению касательных напряжений в витках и увеличению долговечности пружины (Нормы для расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных), ГосНИИВ-ВНИИЖТ, Москва, 1996, стр. 180, 190-191).
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в том, что подобраны геометрические характеристики и марки сталей наружной пружины, установленной под фрикционные клинья и под надрессорную балку, имеющей индекс от 5,793 до 5,897, которые позволяют создать в комплекте с соответствующими внутренними пружинами, конструкцию рессорного подвешивания двухосной тележки грузового вагона, обеспечивающей выполнение требований ГОСТ 9246-2013 «Тележки двухосные трехэлементные грузовых вагонов железных дорог колеи 1520 мм. Общие технические условия» и снижают напряжения в рабочих витках более чем на 5%, что увеличивает циклическую долговечность наружной пружины не менее чем на 90%.
На заявляемую полезную модель разработана конструкторская документация и проведены всесторонние испытания опытных образцов.