БОКОВАЯ ОПОРА ГРУЗОВОГО ВАГОНА
FREIGHT CAR LATERAL SUPPORT

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и касается конструкции устройств опирания кузова на тележки подвижного состава.
Известна боковая опора грузового вагона, содержащая верхний корпус, жестко закрепленный на раме кузова вагона, имеющий плоскую рабочую поверхность, соприкасающуюся с нижним корпусом боковой опоры, установленным на надрессорной балке тележки, имеющим также плоскую рабочую поверхность, причем между рабочими плоскостями имеется зазор [Л.А.Пастухов «Вагоны», М., Транспорт, 1980, рис.VIII.8].
Данное устройство является скользуном жесткого типа, который при эксплуатации жестко передает усилия от боковой качки (перевалки) кузова на надрессорную балку тележки и не позволяет гасить колебания. При взаимодействии рабочих поверхностей скользуна возможны значительные ударные нагрузки и силы трения, которые вызывают большие рамные силы, что приводит к росту интенсивности бокового износа гребней колес и головок рельсов. Износ рабочих поверхностей боковой опоры - повреждения в виде задиров и канавок, образующихся в результате контактного и абразивного износа. В конструкции не предусмотрена возможность стабилизации кузова относительно тележки во время движения, т.е. возможна перевалка или завал кузова на одну из сторон вагона, особенно при неравномерном износе подпятникового места, что приводит к неправильному распределению нагрузки от кузова на тележки, момент сопротивления повороту тележек при прохождении кривых существенно возрастает, а это приводит к росту интенсивности бокового износа гребней колес и головок рельсов. Кроме того, в связи с тем, что в процессе эксплуатации происходит износ контактирующих частей боковых опор тележки и кузова, необходимо довольно часто регулировать зазор между последними, что приводит к временным затратам на техническое обслуживание вагона.
Известна также конструкция боковых опор грузового вагона [патент на ПМ №67044 от 02.05.07 г.], где по первому варианту боковая опора конструктивно представляет собой скользун упругого типа, выполненный в виде цилиндрического корпуса с боковыми приливами для крепления к надрессорной балке тележки. Внутри корпуса установлен демпфер, содержащий стакан, кольцо и упругий элемент из эластомерного материала зигзагообразного профиля в сечении. Демпфер находится в поджатом состоянии и воспринимает нагрузку от кузова вагона посредством контактного колпака, находящегося в постоянном контакте с ответной частью скользуна рамы вагона. В данной боковой опоре недостатком является то, что износ фрикционных поверхностей боковой опоры лимитирует ее долговечность. К тому же при вписывании вагона в кривые малого радиуса, особенно в груженом состоянии, увеличение момента сопротивления приводит кузова в горизонтальной плоскости, что приводит к росту интенсивности к затрудненному повороту тележки относительно бокового износа гребней колес и головок рельсов.
По второму варианту боковая опора представляет собой скользун упруго-каткового типа, состоящий из корпуса, разделенного на два отсека. Внутри одного отсека установлен демпфер из полимерного материала бочкообразной формы, который находится в поджатом состоянии и воспринимает нагрузку от кузова вагона посредством контактного колпака, находящегося в постоянном контакте с ответной частью скользуна рамы вагона. Во втором отсеке корпуса расположен съемный вкладыш, на поверхности которого расположен цилиндрический каток с выполненными на его торцах бонками, которые при движении катка перемещаются вдоль продольных пазов, выполненных на боковых стенках каткового отсека корпуса параллельно установочной поверхности боковой опоры.
Недостатком данной конструкции является также износ рабочих поверхностей боковой опоры. Недостатком упруго-каткового скользуна является то, что при возникновении случайных ударных нагрузок во время эксплуатации, при загрузке и разгрузке вагонов есть случаи появления таких его дефектов, как смятие рабочих поверхностей катков и вкладышей, что приводит к нарушению работоспособности скользуна, возникает завышенная сила трения, препятствующая повороту тележки, и как следствие, происходит интенсивный подрез гребней колес и износ рельсов. Еще одним недостатком упруго-каткового скользуна является то, что опорные части скользунов установлены на надрессорной балке диагонально, в результате чего при перевалке кузова возникают крутящие моменты, поворачивающие надрессорную балку относительно собственной продольной оси. Вследствие этого происходит образование зазоров между верхней частью наклонной поверхности одного клина и надрессорной балкой и нижней частью вертикальной поверхности противоположного клина и фрикционной планкой, что может нарушать работу гасителя колебаний.
Данная конструкция наиболее близкая к заявленному изобретению по совокупности признаков и выбрана в качестве прототипа.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании конструкции боковой опоры грузового вагона с принципиально новой схемой работы, совмещающей в себе все полезные свойства работы боковых опор как упругого, так и упруго-каткового типа, позволяющей улучшить динамические показатели как тележки, так и вагона в целом, существенно повысить долговечность боковой опоры, тем самым снизить как временные, так и материальные затраты на эксплуатацию подвижного состава и путевого хозяйства, связанные с обслуживанием и ремонтом.
При этом достигается следующий технический результат: происходит замена трения скольжения на трение качения рабочих опорных поверхностей боковой опоры, находящихся в постоянном контакте, причем поверхность качения катка, находящаяся в поджатом состоянии в вертикальной плоскости, является нижней рабочей поверхностью боковой опоры. При обеспечении требуемых значений силы поджатия и рабочего прогиба в заданных пределах предлагаемая боковая опора позволит существенно уменьшить момент сопротивления повороту вагона при прохождении кривых участков пути. Это также позволит сохранить стабильность движения вагона в прямых участках, что, в свою очередь, значительно уменьшит интенсивность износа гребней колес и головок рельсов. Замена трения скольжения на трение качения приведет к наиболее щадящему режиму эксплуатации деталей боковой опоры, обеспечивая тем самым существенное повышение ее долговечности. Кроме того, конструкцией предусмотрена защита деталей боковой опоры от воздействия ударных нагрузок.
Для достижения указанного технического результата в боковой опоре грузового вагона, состоящей из корпуса, контактного колпака, двух отсеков, внутри одного установлены демпферы, внутри другого - каток, причем отсек с катком снабжен устройством, предотвращающим его выпадение, предлагается отсек с катком расположить в верхней части контактного колпака, при этом каток может быть выполнен с образующей наклоненной к поперечной оси вагона и сходящейся к шкворню тележки, образуя угол α.
Признаки, отличающие предлагаемую боковую опору грузового вагона от наиболее близкой к ней известной по патенту №67044 по второму варианту от 02.05.07 г., - расположение отсека с катком в верхней части контактного колпака, при этом каток может быть выполнен с образующей, наклоненной к поперечной оси вагона и сходящейся к шкворню тележки, образуя угол α.
Совокупность существенных признаков позволяет значительно улучшить рабочие параметры боковой опоры вагона, при этом в отличие от известных конструкций упруго-катковых скользунов в предлагаемом изобретении в работе одновременно участвуют оба отсека скользуна (демпферный и катковый) независимо от загруженности вагона (груженый или порожний режим в эксплуатации), исключается ступенчатость в работе боковой опоры, что обеспечивает равномерное распределение нагрузки от кузова вагона между деталями опоры. Ввиду того, что трение скольжения рабочих поверхностей боковой опоры заменено на трение качения, тем самым существенно уменьшается момент сопротивления повороту вагона при прохождении кривых участков пути, сохраняется стабильность движения вагона в прямых, что, в свою очередь, приведет к значительному уменьшению интенсивности бокового износа гребней колес и головок рельсов. При установке боковой опоры грузового вагона по предлагаемому изобретению симметрично относительно продольной и поперечной осей надрессорной балки тележки в отличие от упруго-катковых скользунов с диагональной установкой опорных частей устраняются крутящие моменты, поворачивающие надрессорную балку относительно собственной продольной оси, и как следствие - недостатки с этим связанные. Конструктивное исполнение упруго-каткового скользуна по предлагаемому изобретению способствует значительному повышению эксплуатационной надежности и безопасности движения поездов, позволяет существенно повысить долговечность боковой опоры.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «новизна».
При изучении других известных решений в этой области признаки, отличающие заявленное решение, не были выявлены, что обеспечивает изобретению соответствие критерию «изобретательский уровень».
Предлагаемое решение конструкции боковой опоры поясняется чертежами, на которых изображено:
Фиг.1 - боковая опора грузового вагона с разрезом по продольной плоскости вагона;
Фиг.2 - боковая опора грузового вагона с конусообразным исполнением катка с разрезом по поперечной плоскости вагона;
Фиг.3. - схема работы боковой опоры грузового вагона с конусообразным исполнением катка при прохождении вагона кривых участков пути.
По заявленному изобретению (фиг.1) боковая опора грузового вагона устанавливается симметрично относительно продольной и поперечной осей надрессорной балки тележки и состоит из корпуса 1, имеющего отверстия 2 для крепления к надрессорной балке тележки. В корпусе 1 внутри отсека 3 установлены демпферы 4, воспринимающие нагрузку от кузова посредством контактного колпака 5. Верхняя часть колпака состоит из отсека 6, внутри которого установлен каток.7. Конструкция отсека 6 предусматривает предотвращение самопроизвольного выпадения катка 7 при эксплуатации вагона. В нижней части отсека 3 корпуса боковой опоры 1 имеется прямоугольный выступ 8, в котором предусмотрены отверстия 9 для установки вставки 10 из полимерного материала. Верхняя часть 11 вставки 10 при полном выборе хода демпферов 4 взаимодействует с нижней частью 12 контактного колпака 4. Вставка 10 предназначена для гашения ненормированных жестких ударных нагрузок, возникающих при эксплуатации вагона, а также для защиты от износа и повреждений деталей боковой опоры.
С целью предотвращения в эксплуатации возможных перекосов и заклиниваний катка 7, возникающих при движении вагона по кривым участкам пути, рабочие поверхности боковой опоры 13 на раме вагона, колпака 5 и катка 7 могут быть выполнены с наклоном к поперечной оси вагона (фиг.2, 3, несуществующий зазор между рабочими поверхностями ответной части боковой опоры 13, колпака 5 и катка 7 показан условно для удобства чтения изображения), а их образующие сходятся к оси симметрии (точка О) - шкворню 14 тележки и образуют угол α с поперечной осью вагона, который определяют из отношения
; где D и d - большой и малый диаметры катка 7; R и r - расстояния от оси шкворня 14 до большего и меньшего диаметра катка 7.
Это делается из следующих соображений
При повороте тележки относительно кузова (фиг.3) на угол φ точка а перемещается в положение a′, а точка b в положение b′, причем дуга aa′<bb′, поэтому, если не выполнять рабочие поверхности ответной части 13 боковой опоры, колпака 5 наклонными и соответственно элемент между ними - каток 7 не конусообразным, то образующая конуса ab, направляемая в первоначальном положении в центр поворота в точку О при повороте на угол φ, будет перекошена (не направлена в точку О), т.е. возникает явление перекоса и возможного защемления.
В настоящее время по заявленному изобретению разработана конструкторская документация.