РАМА ПОВОРОТНОЙ ТЕЛЕЖКИ ДЛЯ РЕЛЬСОВЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ ИЗ АЛЮМИНИЕВОЙ ОТЛИВКИ
FRAME OF A ROTARY BOGIE FOR RAIL VEHICLES MADE OF ALUMINIUM CASTING

Данное изобретение относится к раме поворотной тележки для рельсовых транспортных средств, по меньшей мере, с двумя колесными парами согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
Ходовая часть рельсового транспортного средства состоит из поворотной тележки, у которой колесные пары установлены в поворачиваемой относительно кузова вагона раме. Поворотные тележки создаются в различных конструкциях и исполнениях. Очень старой поворотной тележкой является S-образная (в виде “лебединой шеи”) поворотная тележка или поворотные тележки Герлица и Миндена-Дойца. Шасси поворотной тележки должно иметь возможность воспринимать высокие нагрузки и состоит, по меньшей мере, из одной поперечной балки, на которой находится шарнир с цапфой кузова вагона. На концах поперечной балки закреплены две расположенные параллельно друг к другу продольные балки. Продольные балки находятся при помощи подвески в соединении с четырьмя колесами поворотной тележки. Подвески состоят из различных пружинных групп, которые смонтированы соосно. На сегодняшний день такие пружинные системы состоят, как правило, из вторичного подрессоривания и первичного подрессоривания. Такие поворотные тележки описаны, например, в EP 1 150 872 B1, EP 1 637 425 A2, US 4,258,629 A, DE 198 19 412 C1 или EP 2 165 913 B1.
В классическом исполнении более крупные железнодорожные вагоны оснащаются двумя поворотными тележками, которые в каждом случае имеют две колесные пары. Однако известны также исполнения, у которых в зависимости от конструкции железнодорожного вагона может использоваться переменное количество осей и колес на поворотную тележку. Таким образом, количество колесных пар будет адаптировано к необходимой и допустимой грузоподъемности вагона.
На раме поворотной тележки закрепляются все дальнейшие элементы, как например колесные пары, подрессоривание и демпферы. В большинстве случаев рама поворотной тележки состоит из сварной стальной конструкции, иногда рама также отлита из стали.
Поворотная тележка включает в себя далее поворотный шкворень, называемый также подпятником, который соединяет поворотную тележку с кузовом вагона и в большинстве случаев передает также продольные усилия между кузовом вагона и поворотной тележкой. Поворотная тележка перемещается вокруг образованной поворотным шкворнем вертикальной оси.
Предыдущие рамы поворотных тележек являются очень тяжелыми, имеют высокое собственное напряжение и подвержены коррозии, если они изготовлены из стали. Сварные конструкции из стальных листов и стальных труб являются чрезвычайно трудоемкими в своем изготовлении и таким образом затратны. Сваренные рамы поворотных тележек имеют помимо этого сварные швы, которые подвержены напряжениям и при сильной нагрузке могут разрушаться. Такие сварные швы на стальных конструкциях особо чувствительны у высоконагруженных конструктивных элементов, таких как рама поворотной тележки, к механическим нагрузкам, которые в итоге понижают механическую нагружаемость конструктивных элементов.
Известные до сих пор рамы поворотных тележек вызывают помимо этого громкие шумы при движении транспортного средства, которые могут понижаться только сложными мерами глушения.
Поэтому, для того чтобы избежать этих недостатков, задачей данного изобретения является предоставление рамы поворотной тележки для рельсовых транспортных средств с по меньшей мере двумя колесными парами, которая уменьшена в своем весе по сравнению со стальной конструкцией, и у которой шумы при движении значительно снижены. Предпочтительно вес уменьшается примерно на 40% по сравнению со стальной конструкцией. Уменьшение веса зависит от конкретного варианта осуществления.
Эта задача решается с помощью рамы поворотной тележки с признаками пункта 1 формулы изобретения и с помощью способа изготовления такой рамы поворотной тележки. Предпочтительные варианты осуществления находятся в зависимых пунктах формулы изобретения.
Соответствующая изобретению рама поворотной тележки для рельсовых транспортных средств с по меньшей мере двумя колесными парами состоит из двух проходящих над осевыми буксами параллельно друг другу продольных балок, которые соединены друг с другом одной или несколькими поперечными балками. В одном варианте соединение продольных балок и поперечных балок может по функциональным причинам осуществляться посредством винтовых соединений или сварного соединения. Внутри рамы поворотной тележки находится приемная область для присоединения поворотного шкворня и других функциональных элементов. Согласно изобретению теперь предусмотрено то, что рама поворотной тележки полностью изготавливается в виде полученной литьем части (отливка) из алюминиевого сплава, предпочтительно способом литья в песчаные формы. Посредством этого способа можно изготавливать полости или полые профили, которые стабилизированы посредством систем ребер.
Предпочтительно соответствующая изобретению рама поворотной тележки изготавливается способом литья в песчаные формы из алюминия. Форма изготавливается предпочтительно при помощи моделирующего устройства способом с использованием ручной формы или же способом с использованием блок-формы с литейными стержнями. Речь идет о “разовой форме”, так как форма и литейные стержни из химически или глиной связанного песка должны разрушаться после отливания.
Типичными функциональными элементами у поворотных тележек рельсовых транспортных средств являются элементы для безопасного движения рельсового транспортного средства по железнодорожному полотну. Как и рама поворотной тележки, к ним относятся первичное и вторичное подрессоривание, демпферы, тормозные системы, колесные пары, в зависимости от исполнения также двигатели и передачи (редукторы).
Изобретение относится к раме поворотной тележки в виде единой, цельной отливки из алюминиевого сплава, которая принимает функциональные элементы с их приложением усилия и нагрузками и гарантирует безопасную (надежную) эксплуатацию. Таким образом, рама поворотной тележки имеется в виде отдельной отливки, которая должна заменять известные до сих пор стальные конструкции у поворотных тележек для рельсовых транспортных средств. Трудоемкие сварочные работы и подверженные напряжениям сварные швы предотвращаются вследствие этого. Далее благодаря изготовлению рамы поворотной тележки за одно целое (в виде одной части) из алюминиевого сплава расходы сокращаются примерно на 30-50%. Это является значительным преимуществом по сравнению с известными рамами поворотных тележек из стали. Интервал между испытаниями во время длительной эксплуатации для проверки конструктивного элемента на трещины от внутренних напряжений может согласно результатам расчетов, тесту на усталость и текущим результатам исследований адаптироваться и увеличиваться.
Технические параметры изготовленной способом литья в песчаные формы рамы поворотной тележки оптимально согласованы с механическими нагрузками и требованиями длительной эксплуатации. Предпочтительно полости рамы поворотной тележки изготавливаются при помощи уложенных в форму песчаных литейных стержней из химически связанных песков. Благодаря происходящей во время процесса изготовления термической обработке в T6 отливка почти свободна от напряжений. Собственными напряжениями можно пренебречь благодаря термической обработке во время процесса изготовления. Благодаря конструкции и механическим свойствам алюминиевого сплава можно достигать уменьшения веса примерно на 40%.
Благодаря образованным внутри отливки полостям и предусмотренным в них системам ребер обеспечивается необходимая стабильность.
Полости обеих продольных балок и/или поперечных балок могут предпочтительно использоваться в качестве запасных емкостей для воздуха для функциональных элементов рельсового транспортного средства. Это имеет значительное преимущество по сравнению с запасными емкостями для воздуха у известных рам поворотных тележек, как например сваренная для поперечных балок или из стальных листов специально для этой цели емкость для воздуха. Благодаря полостям рамы поворотной тележки могут создаваться запасные емкости для воздуха, которые могут полностью принимать эту функцию. Вследствие этого могут отпадать сложные конструкции с использованием поперечных балок или другие формы емкостей для воздуха. Само собой разумеется, должно быть обеспечено то, что предусмотренные для этого полости рамы поворотной тележки изготавливаются воздухонепроницаемыми и испытываются согласно техническому заданию.
Далее в одном предпочтительном варианте на нижней стороне в находящихся под угрозой областях предусмотрены ребра для удержания удара камнем. Эти области должны защищаться от удара камнем, так как они должны находиться на нижней стороне рамы поворотной тележки и в каждом случае должны защищать от засасываемого в направлении движения щебня. Ребра имеют промежуток между собой, по меньшей мере, в 20 мм и толщину, по меньшей мере, в 5 мм.
В одном предпочтительном варианте осуществления предусмотрено, что между ребрами наносится резиновое покрытие, предпочтительно посредством напыления слоя толщиной, по меньшей мере, в 5 мм. Благодаря нанесению резинового покрытия могут отпадать привинченные под поездами стальные листы, что представляет собой дальнейшее существенное преимущество в издержках и применении соответствующей изобретению рамы поворотной тележки.
Предпочтительно в качестве алюминиевого сплава используется сплав из алюминия, кремния и магния. По желанию могут быть также добавлены марганец, медь или цинк, если поверхности не подвержены коррозии и защищены упругим жидким лаком. Однако предпочтительно содержание меди и цинка должно удерживаться на низком уровне для предотвращения коррозий. Соответствующий изобретению алюминиевый сплав позволяет получить отливку с высокими механическими свойствами и устойчивой к коррозии. Предпочтительно для соответствующей изобретению отливки используется AC-AlSi7Mg0, 3ST6. Сама отливка выполнена однородной и устойчивой к напряжениям. В одном предпочтительном варианте осуществления отливка снабжена для защиты от вызывающих коррозию воздействий упругой поверхностной защитой.
Нагрузки и усилия первичных рессор над колесными парами вводятся предпочтительно через шляпообразные вставки из нержавеющей стали по большой поверхности и широко в раму поворотной тележки. Вследствие этого, преимущества действия опоры в конструктивном элементе используются лучше, и предотвращаются точечные перегрузки в несущих рычагах. Выступ вставки передает нагрузки по периметру по всему диаметру и по всей поверхности. Благодаря соответствующей изобретению отливке из алюминия существенно снижаются грохот и шумы при движении. Благодаря выбору систем ребер внутри полостей можно эффективно комбинировать друг с другом функциональность и стабильность. Системы ребер выполняются в различных формах и с различной толщиной согласно соответствующей эпюре напряжений.
Изобретение относится далее к способу изготовления рамы поворотной тележки для рельсовых транспортных средств с по меньшей мере двумя колесными парами, двумя проходящими над осевыми буксами параллельно друг другу продольными балками и с поперечными балками, которые соединяют продольные балки и выполнены в виде запасных емкостей для воздуха. Продольные балки и поперечные балки могут быть выполнены для приема функциональных элементов. Согласно изобретению предусмотрено, что рама поворотной тележки полностью изготавливается в виде отливки из алюминиевого сплава способом литья в песчаные формы с несколькими полостями (полые камеры), который стабилизированы ребрами. Предпочтительно полости изготавливаются при помощи уложенных в форму песчаных литейных стержней из химически связанных песков. В одном предпочтительном варианте полости обеих продольных балок и/или поперечных балок выполняются в виде запасных емкостей для воздуха. В одном другом предпочтительном варианте осуществления предусмотрено, что отливка выполняется однородной и свободной от напряжений и предпочтительно снабжается упругой поверхностной защитой. Поверхностная защита без термической нагрузки конструктивного элемента и очень низкая доля собственных напряжений гарантируют оптимальное поведение конструктивного элемента в состоянии эксплуатационных нагрузок. Далее предпочтительно предусмотрено то, что стальные вставки из нержавеющей стали вставляются при изготовлении рамы поворотной тележки в литой профиль продольных балок.
Признаки описанных здесь предпочтительных вариантов осуществления могут также друг с другом комбинироваться. Поэтому изобретению включает в себя также комбинации различных вариантов осуществления, даже если они не описаны подробно в примерах осуществления.
Изобретение относится далее также к рельсовому транспортному средству с соответствующей изобретению рамой поворотной тележки, которая изготовлена в виде отливки из алюминиевого сплава способом литья в песчаные формы с полым профилем.
Изобретение разъясняется более подробно на последующих чертежах.
На фиг. 1 показан вариант осуществления соответствующей изобретению рамы 1 поворотной тележки в виде цельного конструктивного элемента в виде алюминиевой отливки. Можно увидеть соответствующую изобретению раму 1 поворотной тележки с двумя расположенными параллельно друг к другу продольными балками 3. Обе продольные балки 3 соединены друг с другом двумя соединенными друг с другом поперечными балками 2. Обе поперечные балки 2 соединены друг с другом в свою очередь двумя центральными продольными перемычками 4, которые охватывают приемную область 5 для функциональных элементов. На обеих поперечных балках 2 выполнены в каждом случае два противоположных носика 7 в качестве боковых упоров.
На всем конструктивном элементе предусматриваются крепления для функциональных элементов и интерфейсов (мест сопряжения), которые могут возвышаться над поверхностью. Благодаря соответствующей потоку напряжения форме нагрузки и усилия могут контролируемо вводиться вовнутрь алюминиевого конструктивного элемента.
На фиг. 2-4 изображен полый профиль показанного на фиг.1 варианта осуществления. Внутренняя часть отливки является полой и состоит из одной или нескольких полостей 10, которые отделены друг от друга системами 9 ребер. Они состоят из продольных ребер и поперечных ребер в различных исполнениях в местах, которые наиболее сильно нагружаются. Системы 9 ребер придают стабильность отливке, распределяют напряжения и берут на себя несущую функцию.
На фиг. 2 показан вид сбоку. Можно увидеть, что обе продольные балки 3 соединены двумя поперечными балками 2, на которых в каждом случае прилиты два противоположных носика 7 в качестве бокового упора. Ребра 9 внутри отливки берут на себя вместе с наружными стенками 8 несущую функцию конструктивного элемента.
На фиг. 3 показано изображение вида сверху разрезанного посередине конструктивного элемента. Можно увидеть приемную область 5 для функциональных элементов, а также продольную перемычку 4. Стальные втулки 6 вставлены для введения нагрузки из первичных рессор в конструктивный элемент (продольную балку 3). Они имеют форму шляпы и используют все налегающие поверхности в конструктивном элементе, для того чтобы совместимым и равномерным образом вводить нагрузки в конструктивный элемент.
На фиг. 4 изображены отдельные системы 9 ребер полости.
Соответствующая изобретению конструкция из алюминиевой отливки отличается существенным сокращением расходов при одновременном уменьшении веса. При этом значительно уменьшаются шумы при движении. Трудоемкие сварочные работы на конструктивных элементах из стали, таких как поперечные балки из железных материалов и емкости для воздуха из стальных листов, могут отпадать. Это представляет собой существенные преимущества по сравнению с известными рамами поворотных тележек.