БОКОВАЯ ОПОРА ГРУЗОВОГО ВАГОНА (ВАРИАНТЫ)

Заявляемая полезная модель относится к железнодорожному транспорту и касается конструкции боковой опоры грузового вагона.
Из области техники известна конструкция надрессорной балки железнодорожной тележки грузового вагона [Л.А.Пастухов «Вагоны», М., Транспорт, 1980, стр.182, рис.VIII.8]. На верхнем поясе надрессорной балки отлита опора для размещения скользунов, на которую устанавливается износостойкий колпак, крепящейся к опоре с помощью болта. Регулировка зазора между скользунами тележки и ответной частью кузова вагона, при такой конструкции боковой опоры производится путем установки регулировочных прокладок под колпак.
При эксплуатации данная конструкция скользунов жестко передает усилия от боковой качки (перевалки) кузова на надрессорную балку тележки и не позволяет гасить колебания перевалки кузова относительно тележки. Так же такая конструкция скользунов не позволяет гасить колебания виляния тележки. При взаимодействии боковой опоры тележки с ответной частью кузова, являющейся преимущественно тоже жесткой, могут возникать значительные ударные нагрузки и силы трения, которые вызывают большие рамные силы и горизонтальное воздействие тележки на железнодорожный путь, что приводит к износу колес и рельсов. Кроме того, в связи с тем, что в процессе эксплуатации происходит износ контактирующих частей боковых опор тележки и кузова, необходимо часто регулировать зазор между последними, что требует дополнительных временных затрат на обслуживание вагона.
Также известна конструкция боковой опоры железнодорожного вагона [US, Патент №4793720 от 27.12.1988 г.], выполненная в виде цилиндрического корпуса с боковыми приливами для крепления к надрессорной балке тележки. Внутри корпуса устанавливается упругий элемент в форме бочонка, который находится в сжатом состоянии и постоянном контакте с ответной
частью скользуна на раме вагона и воспринимает нагрузку от кузова через контактную крышку боковой опоры, имеющей на своей внутренней поверхности кольцевой бурт и ограничители от поворота, которые вставляются в корпус боковой опоры.
Конструкция данной боковой опоры выбрана в качестве прототипа для первого аспекта полезной модели.
В связи с тем, что данная конструкция боковой опоры предусматривает постоянное сжатие упругого элемента и контакт с ответной частью скользуна на раме вагона, неправильная первоначальная регулировка может привести к возникновению завышенной силы трения, что в свою очередь увеличивает момент трения, препятствующий повороту тележки, и может вызвать увеличение воздействия тележки на железнодорожный путь и привести к интенсивному подрезу гребней колесных пар и износу рельсов. Кроме того, в виду того, что внутренний кольцевой бурт контактной крышки боковой опоры выполнен недостаточно большой высоты, не исключается его выход из корпуса, и как следствие выпадение или перекос крышки при соударениях вагонов на сортировочных горках, а также в случаях разгрузки вагонов на вагоноопрокидывателях.
Прототипом для второго аспекта заявляемой полезной модели выбран упруго-катковый скользун [Свидетельство РФ на полезную модель №29019 от 27.04.2003 г.], состоящий из штампованного корпуса, внутри которого вставляются две упругие опоры из полимерного материала, имеющие скощенные торцы с углублениями. На упругие опоры устанавливается колпак с износостойкой верхней поверхностью. Также в корпус скользуна устанавливается съемный вкладыш, на поверхности катания которого расположен цилиндрический каток. Одна из боковых стенок вкладыша служит упором для одной из упругих опор.
Как и у прототипа для первого аспекта заявляемой полезной модели, к недостатком данного скользуна можно отнести нарушение целостности его конструкции при прохождение вагоном сортировочных горок и при разгрузке
на вагоноопрокидывателях. Не исключается возможность выпадение катка и вкладыша из скользуна. А так как вкладыш является упором для одного из упругих элементов, в дальнейшем возможен перекос этой опоры и нарушение работоспособности скользуна. Тем самым возможно возникновение внештатных ситуаций в эксплуатации, вплоть до схода вагона с рельсов.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключатся в создании конструкции боковой опоры грузового вагона, исключающей самопроизвольную ее разборку, позволяющей улучшить динамические показатели как самой тележки так и вагона в целом, тем самым значительно снизить затраты на эксплуатацию подвижного состава и путевого хозяйства, связанные с обслуживанием и ремонтом.
Поставленная задача решается следующим образом.
По первому аспекту заявляемой полезной модели, демпфер боковой опоры состоит из наружного кольца и внутреннего стакана, продольные оси вращения которых расположены концентрично. Стакан выполнен со смещением вдоль продольной оси, выступает над кольцом и находится на заданном расстоянии от установочной поверхности корпуса. Вместе с этим, высота стакана больше высоты кольца. Между собой кольцо и стакан соединены упругим элементом, выполненным из эластомерного материала и представляющего собой тело вращения, в сечении которого зигзагообразный профиль. Кроме того, кольцо и стакан выполнены из эластомерного материала, имеющего большую твердость, чем твердость упругого элемента демпфера.
По второму аспекту заявляемой полезной модели, на боковых стенках, внутри каткового отсека корпуса, выполнены продольные пазы, параллельно установочной поверхности боковой опоры. Пазы открыты со стороны наружной торцевой стенки каткового отсека, что позволяет завести во внутрь отсека каток, на торцах которого имеются цилиндрические бонки, вставляемые в пазы каткового отсека и перемещающиеся в этих пазах при работе катка. Продольные пазы после установки катка и вкладыша в корпус боковой опоры перекрываются боковой полкой вкладыша, граничащей с наружной
торцевой стенкой каткового отсека и имеющей в своей верней части ширину, больше внутренней ширины каткового отсека. Вместе с этим, внутренние радиуса и один из наружных радиусов сопряжения опорной стенки вкладыша с его боковыми полками меньше, а второй наружный радиус больше радиуса катка.
Сущность заявляемой полезной модели по первому аспекту заключается в том, что в корпусе боковой опоры грузового вагона установлен демпфер. Демпфер боковой опоры собран с контактным колпаком, посредством которого воспринимает нагрузку от кузова вагона, и состоит из наружного кольца и концентрично расположенного, смещенного вдоль продольной оси, внутреннего стакана, выступающего над кольцом и находящегося на заданном расстоянии от установочной поверхности корпуса. Кроме того, стакан имеет большую высоту, чем кольцо. Кольцо и стакан соединены между собой с помощью упругого элемента выполненного из эластомерного материала, представляющего собой тело вращения, в сечении которого зигзагообразный профиль. Вместе с этим, кольцо и стакан демпфера изготовлены из полимерного материала, имеющего большую твердость, чем твердость упругого элемента демпфера.
Сущность заявляемой полезной модели по второму аспекту заключается в том, что в корпусе боковой опоры грузового вагона установлен демпфер, воспринимающий нагрузку от кузова вагона, посредством контактного колпака. На боковых стенках каткового отсека корпуса выполнены продольные пазы, параллельно установочной поверхности боковой опоры, внутри которых перемещаются цилиндрические бонки катка, имеющиеся на его торцах, при этом продольные пазы выполнены открытыми со стороны наружной торцевой стенки каткового отсека и перекрываются боковой полкой вкладыша, граничащей с наружной торцевой стенкой каткового отсека, после установки катка и вкладыша в корпус, предотвращая самопроизвольное выпадение катка. Кроме того, внутренние радиуса сопряжения опорной стенки вкладыша с боковыми полками и один из наружных радиусов сопряжения боковой
полки с опорной стенкой вкладыша меньше, а второй наружный радиус сопряжения больше радиуса катка. Вместе с этим, боковая полка вкладыша, граничащая с наружной торцевой стенкой каткового отсека в своей верхней части выполнена более широкой, чем внутренняя ширина каткового отсека.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, на которых изображены:
фиг.1 - боковая опора грузового вагона по первому варианту с разрезом по продольной плоскости;
фиг.2 - вид сбоку боковой опоры по первому варианту;
фиг.3 - боковая опора грузового вагона по второму варианту с разрезом по продольной плоскости;
фиг.4 - вид сбоку боковой опоры по второму варианту со стороны каткового отсека.
По первому аспекту полезной модели, боковая опора грузового вагона устанавливается симметрично относительно продольной и поперечной осей шкворневой балки тележки и состоит из корпуса 1, имеющего отверстия 2 для крепления к надрессорной балке тележки. В корпусе 1 установлен демпфер 3, состоящий из наружного кольца 4 и внутреннего стакана 5, соединенных между собой упругим элементом 6, выполненным из эластомерного материала и представляющего собой тело вращения в сечении которого зигзагообразный профиль И-образной формы. Кольцо 4 и стакан 5 демпфера 3 изготовлены из полимерного материала, имеющего твердость больше чем твердость упругого элемента 6. Внутренняя поверхность кольца 4 и соединенная с ней поверхность упругого элемента 6 выполнены под углом к оси вращения 7 демпфера 3. На наружной поверхности кольца 4 в его нижней части выполнен паз 8, в который вставляется через боковые окна 9 корпуса 1, скобы 10, предотвращающие выпадение демпфера 3 из корпуса 1. Во внутреннюю полость стакана 5 вставляется цилиндрический выступ 11 контактного колпака 12, имеющийся на его нижней поверхности. Внутри выступа 11 запрессована втулка 13 из полимерного материала. Во втулку 13 запрессован
штифт 14, посредством которого и шайбы 15 осуществлено безрезьбовое крепление контактного колпака 12 к стакану 5 демпфера 3. Стакан 5 демпфера 3 имеет большую высоту, чем высота кольца 4, выступает над ним и находится на заданном расстоянии Н от установочной поверхности 16 боковой опоры. Регулировка расстояния от опорной поверхности боковой опоры до ответной части скользуна рамы вагона, а также защита надрессорной балки от износа осуществляется путем установки регулировочных прокладок 17 внутри корпуса 1 боковой опоры под стаканом 5.
По второму аспекту полезной модели, в корпусе 1 боковой опоры грузового вагона установлен демпфер 3, воспринимающий нагрузку от кузова вагона посредством контактного колпака 12, имеющего высоту, приблизительно равную внутренней высоте демпферного отсека 19 корпуса 1. В катковом отсеке 18 корпуса 1 размещены, износостойкий вкладыш 20 и каток 21. На боковых стенках 22, внутри каткового отсека 18 выполнены пазы 23 вдоль направления катания катка 21 и параллельно установочной поверхности 16 боковой опоры. Внутри пазов 23 в эксплуатации перемещаются цилиндрические бонки 24 катка 21, имеющиеся на его торцах. Оси вращения бонок совпадают с осью вращения катка. Продольные пазы 23 выполнены открытыми со стороны наружной торцевой стенки 25 каткового отсека 18. Это позволяет при сборке завести каток 21 в отсек и бонки 24 катка в пазы 23, и далее под каток 21, при нахождении последнего приблизительно в центре каткового отсека 18 корпуса, завести вкладыш 20. После установки вкладыша 20 в рабочее положение, когда его опорная стенка 26 лежит на горизонтальной поверхности 27 каткового отсека 18, боковая полка 28 вкладыша 20, граничащая с наружной торцевой стенкой 25 каткового отсека 18 корпуса перекрывает с торца продольные пазы 23, предотвращая самопроизвольное выпадение катка 21 при любом пространственном положении боковой опоры. Внутренние радиуса r1 и r2 сопряжения опорной стенки 26 вкладыша 20 с боковыми полками и наружный радиус R1 сопряжения боковой полки 28 с опорной стенкой 26 вкладыша 20 меньше, а второй наружный радиус
R2 больше радиуса R катка 21. Боковая полка вкладыша 28 в своей верхней части имеет выступы 29, в результате, ширина В боковой полки 298 в ее верхней части больше внутренней ширины b каткового отсека 18 корпуса.
Технический результат от решения поставленной задачи заключается в том, что постановка заявляемых конструкций боковых опор на грузовые вагоны, при обеспечении требуемых силы поджатия и рабочего хода боковых опор в заданных пределах, позволит улучшить динамические и ресурсные показатели как тележки, так и вагона в целом, тем самым значительно снизить затраты на эксплуатацию подвижного состава и путевого хозяйства. Кроме того, исключение самопроизвольной разборки боковых опор обеспечивает работоспособность узла в период межремонтного пробега и повышает надежность эксплуатации подвижного состава.
Применение в конструкции боковой опоры, установленной на продольной оси надрессорной балки, демпфера, состоящего из наружного кольца и внутреннего стакана, соединенных между собой упругим элементом из эластомерного материала в виде тела вращения, в сечении которого зигзагообразный профиль, за счет возможности поворота стакана относительно центральной оси демпфера обеспечивает возможность взаимодействие всей контактной площади колпака с ответной частью рамы вагона, тем самым улучшает взаимодействие тележки и кузова вагона. Кроме того, такая конструкция демпфера обеспечивает не только гашение колебаний виляния вагона на прямом участке пути, но и помогает возврату тележек при выходе из кривой, так как обеспечивается работа демпфера, как в вертикальной, так и в горизонтальных плоскостях.
Размещение внутреннего стакана демпфера на заданном расстоянии от опорной поверхности боковой опоры позволяет обеспечить необходимый рабочий ход демпфера и ограничить перевалку кузова на подпятнике тележки.
Выполнение внутреннего стакана большей высоты, чем высота наружного кольца и его выступание над кольцом исключает контакт колпака с корпусом
боковой опоры при полном выборе рабочего хода упругого элемента, за счет того, что ограничение рабочего хода происходит по стакану через прокладку, предотвращающую надрессорную балку от износа от ударных нагрузок, а не через краевую поверхность колпака и верхнюю часть корпуса.
Изготовление кольца и стакана из полимерного материала обеспечивает надежную адгезию упругого элемента к ним, при этом кольцо и стакан имеют необходимую износостойкость за счет более высокой твердости.
Наличие на боковых стенках каткового отсека продольных пазов, внутри которых перемещаются цилиндрические бонки катка, расположенные на его торцах, исключает выпадение катка при переворачивании вагона на вагоноопрокидывателях и соударении на горках, а расположение пазов параллельно опорной поверхности боковой опоры исключает заклинивание катка при перекатывании по рабочей поверхности вкладыша.
Выполнение продольных пазов открытыми со стороны наружной торцевой стенки каткового отсека обеспечивает легкость установки катка в отсек, после чего в отсек устанавливается вкладыш, боковая стенка которого, граничащая с наружной торцевой стенкой каткового отсека, перекрывает с торца продольные пазы, в результате исключается самопроизвольное выпадение катка при любом положении боковой опоры.
Для обеспечения работы катка в отсеке при его перекатывании по вкладышу внутренние радиуса сопряжения рабочей поверхности вкладыша с его боковыми полками выполнены меньшего радиуса, чем радиус катка, тем самым происходит упор катка в боковые полки вкладыша сохраняя постоянный контакт между последним и поверхностью катания вкладыша. Для обеспечения установки вкладыша в отсек, когда он заводится под каток при сборке, один из наружных радиусов сопряжения боковой стенки вкладыша с его опорной поверхностью выполнен больше радиуса катка.
С целью исключения самопроизвольного проворачивания вкладыша от действия инерционных сил и сил трения катка, в сторону от упруго отсека, радиус сопряжения опорной поверхности вкладыша с его боковой полкой,
граничащей с наружной торцевой стенкой каткового отсека, выполнен меньше радиуса катка, а для исключения проворачивания вкладыша в сторону к демпферному отсеку, ширина данной боковой полки в своей верхней части выполнена больше, чем внутренняя ширина каткового отсека.
В настоящее время по заявляемой полезной модели разработана конструкторская документация, изготовлены опытные образцы, прошедшие необходимые испытания.