ТЕЛЕЖКА ДВУХОСНАЯ ДЛЯ ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ МАГИСТРАЛЬНЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и касается двухосных тележек грузовых вагонов с улучшенными ходовыми качествами.
56
В грузовом железнодорожном транспорте в качестве ходовых частей вагонов широкое распространение получили трехэлементные тележки с центральным одноступенчатым рессорным подвешиванием, рама которых состоит из надрессорной балки и двух боковых рам, опирающихся на подшипниковые узлы колесных пар. К таким конструкциям относятся, например, тележка Motion Control M-976 Truck System (США), QCZ, (Китай). ICF и MD 45/52 (Германия), 18-100, 18-131, 18-578, 18-579, 18-194-1 (Россия) и 18-7020, 18-755, 18-781, 18-1711 (Украина) и др. Простые по конструкции и в обслуживании, трехэлементные тележки имеют ряд характерных недостатков, основным из которых являются повышенное динамическое воздействие на путь из-за увеличенной массы необрессоренных частей, и интенсивный износ трущихся поверхностей в узле опирания рамы на буксу и паре трения в клиновом фрикционном гасителе колебаний центрального рессорного подвешивания. Повышенный износ колес (подрез гребней) и рельсов вызван перекосом рамы в плане и «забеганием» боковых рам, вследствие недостаточной их «связанности», что приводит к увеличению угла набегания колес на головки рельсов. Это приводит к существенному уменьшению коэффициента запаса устойчивости от вползания колеса на рельс и, как следствие, ограничение скорости движения, как правило, на порожнем режиме движения.
Динамические качества вагонов на таких тележках оцениваются как удовлетворительные.
Известны технические решения [1]-[11], направленные на устранение недостатков, присущих трехэлементным тележкам, за счет упругого закрепления букс колесных пар в челюстях боковых рам с применением эластичных прокладок, резиновых, резинометаллических или эластомерных элементов, установленных на буксу, и применение скользунов постоянного
контакта различного типа.
Наиболее близкими к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату являются тележки ICF, MD 45/52, 18-579, 18-194-1, 18-1711 и 18-1711-1 с упруго закрепленными в продольном направлении колесными парами и тележки с возможностью перемещения колесных пар в поперечном направлении.
Сведения о результатах испытаний грузовых тележек с упругим закреплением колесных пар свидетельствуют о необходимости их дальнейшего совершенствования для достижения более высоких динамических, прочностных и эксплуатационных качеств.
Предлагаемая тележка (Фиг.1) состоит из надрессорной балки 1, выполненной в виде коробчатого бруса равного сопротивления изгибу. На верхней горизонтальной поверхности балки выполнен подпятник 2 с износостойким элементом, защищающим основание и бурт подпятника. Опорная поверхность подпятника расположена в одной горизонтальной плоскости с верхней горизонтальной поверхностью балки. На расстоянии, равном ширине колеи, на специальных площадках установлены посредством разъемного соединения упругие или упруго-катковые скользуны постоянного контакта 3. Между скользунами и подпятником, симметрично относительно отверстия под шкворень 31, размещены петли 4 с отверстиями для шарнирного соединения с элементами рамы вагона, обеспечивающие подъем тележек совместно с кузовом. Отверстия 29 (Фиг.6) имеют больший размер по сравнению с элементом рамы кузова вагона 30, на величину 2б, обеспечивающий свободное взаимное перемещение кузова по отношению к надрессорной балке при колебаниях боковой качки и перевалки, но не допускающий выход шкворня 31 из зацепления с пятником 32 при подъеме вагона домкратами. Надрессорная балка опирается опорными поверхностями через рессорные комплекты 5 на боковые рамы 6 в центральном рессорном проеме. Центральный рессорный комплект включает в себя двухрядные пружины повышенной гибкости с нелинейной или линейной характеристикой. При применении рессорного комплекта с нелинейной характеристикой, разница высот внутренней и наружной пружин определяет характер нелинейности. Общее количество двухрядных пружин зависит от величины осевой нагрузки и необходимого прогиба рессорного комплекта.
Между надрессорной балкой (в карманах для размещения фрикционных клиньев) и вертикальными стойками центрального рессорного проема боковых рам расположены фрикционные клинья 7, имеющие увеличенную ширину в зоне контакта с надрессорной балкой, по сравнению с шириной в зоне контакта с фрикционными планками на вертикальных стойках центрального рессорного проема боковых рам. Геометрия опорных и трущихся поверхностей фрикционных клиньев зависит от осевой нагрузки и заданного коэффициента относительного трения в центральном рессорном подвешивании. Увеличенная площадь контакта клиньев с надрессорными балками может иметь криволинейную поверхность, как в вертикальной, так и (или) в горизонтальной плоскостях, чем обеспечивается стабильность работы фрикционного клинового гасителя колебаний. Боковые рамы опираются на подшипниковые узлы 8 колесных пар 9 через буксовое рессорное подвешивание (Фиг.2). Внутренние очертания буксовых проемов боковых рам 10 выполнены в виде усеченной сверху многогранной пирамиды, основание которой остается открытым. Грани 11, расположенные под углом α к вертикальной оси и углом β (Фиг.3), к продольной оси боковой рамы, выполнены таким образом, что имеют форму полностью соответствующую форме шевронных многослойных упругих элементов 12, передающих нагрузку от рамы через адаптер 13 на буксовый узел 8 колесной пары 9. Наружные очертания 14 надбуксовой части боковых рам тележки представляют собой часть поверхности от пересечения двух цилиндров одного диаметра с углом пересечения образующих α/2 (Фиг.2), при этом на наклонной части цилиндрической поверхности находятся ребра 15 поперек образующей цилиндра с одной стороны, и ∑-образное сечение 16 (Фиг.3) со стороны центрального рессорного проема. Стенки 17 надбуксовой части рамы, расположенные вдоль продольной оси, имеют аркообразные, симметричные относительно оси колесных пар, проемы 18, с внутренней стороны, окантованные по периметру усиливающими ребрами 19 (Фиг.4), а с наружной стороны - продольными ребрами 20, оканчивающимися с обеих сторон двумя или более, с наружной стороны горизонтально 15, а с внутренней - наклонно расположенными ребрышками 21, не одинаковой по длине высоты. Такая конструкция надбуксовой части боковых рам в совокупности с углами α и β, которые могут изменять свое значение, позволяет обеспечить необходимую прочность для различных значений нагрузки от оси на рельсы и заданной конструкционной скорости, а также
z
х
у
желаемые ходовые качества вагона. Шевронные элементы 12 обладают упругими свойствами по направлению осей X, Y и Z (Фиг.2), а так же упругостью на скручивание относительно оси Z. Упругость по оси Z (C) задается в зависимости от величины осевой нагрузки и требуемого при этом прогиба. Упругости по осям Х (С) и Y (С) зависят, в основном, от задаваемой конструкционной скорости и преобладающего характера отступлений рельсовой колеи в плане. Упругость на скручивание относительно оси Z (Ср) регламентирует величины «забегания» боковых рам тележки относительно друг друга при движении по прямым участкам пути. Конструкция адаптера 13 и граней 11 буксовых проемов выполнена так, что обеспечивает взаимное упругое перемещение буксового узла колесной пары в буксовом проеме боковой рамы тележки. Между адаптером 13 и верхней полкой буксового проема 10 боковой рамы (Фиг.2) помещен упругий элемент 22, предпочтительно состоящий из нескольких цилиндров, имеющих по центру отверстия, через которые проходит, закрепленный в адаптере, сигнальный стержень 23, служащий для визуальной оценки целостности шевронных многослойных упругих элементов 12. Толщина упругого элемента 22 выбрана таким образом, чтобы в тех случаях, когда вертикальные деформации шевронных многослойных упругих элементов 12 достигают величины больше расчетной, принять на себя всю вертикальную силу и, таким образом, разгрузить упругие элементы 12. В нижнем поясе 24 центрального рессорного проема боковой рамы имеются две, расположенные симметрично относительно поперечной оси, пары отверстий 25 и 26 (Фиг.5), предназначенные для монтажа диагональных связей 27. При этом ось, на которой расположены эти отверстия, наклонена по отношению к продольной оси рамы под углом θ. Тележка оснащена тормозной системой 28, обеспечивающей параллельный отвод тормозных колодок. В тормозной системе возможно применение как композиционных, так и чугунных тормозных колодок, а крепление тормозных башмаков на триангеле осуществляется без применения резьбы.
Предлагаемая тележка имеет упругую связь колесных пар с боковыми рамами, выполненную в виде многослойных упругих элементов с оптимизированными характеристиками жесткости и величинами прогибов по направлениям действия основных сил от эксплуатационных нагрузок.
Многослойные упругие шевронные элементы сформированы в блоки и уставлены в буксовых проемах рамы таким образом, что их жесткость в
вертикальном направлении обеспечивает заданный прогиб под весом вагона нетто и брутто.
Боковая и угловая жесткости многослойных упругих блоков выбраны из условий обеспечения минимальных рамных сил и достижения спрямляющего момента, необходимого для реализации эффекта пассивного ориентирования колесных пар в кривых участках пути (по радиусу кривой). Это уменьшает угол набегания реборд колес на головки рельсов, снижая тем самым износ колес и рельсов, понижая одновременно сопротивление движению вагонов и вероятность схода их с рельсов.
Взаимное смещение боковых рам тележки в плане при движении ограничивается диагональными связями.
Упругая связь буксы с рамой выполняет функции первичной ступени подвешивания и гасителя высокочастотных колебаний и позволяет снизить динамическое воздействие вагона на путь за счет уменьшения необрессоренных масс тележки, а также обеспечивает повышение ее ходовых и эксплуатационных качеств.
При использовании предложенной тележки появляется возможность организации скоростных контейнерных перевозок по Транссибирской магистрали между странами Азиатско-Тихоокеанского региона и Европой, включая Россию и страны СНГ, отечественным подвижным составом со скоростями до 140 километров в час.
Краткое описание чертежей.
Фиг. 1 - тележка двухосная для грузовых вагонов магистральных железных дорог, общий вид.
Фиг.2 - узел буксового подвешивания тележки.
Фиг.3 - сечение буксового проема по А-А фиг.2.
Фиг.4 - сечение буксового проема по Б-Б фиг.2.
Фиг.5 - тележка двухосная для грузовых вагонов магистральных железных дорог, вид снизу.
Фиг.6 - узел шарнирного соединения надрессорной балки тележки с элементами кузова вагона.
Приведенные особенности конструкции нашли применение в тележке модели 18-4129, предназначенной для грузовых вагонов железных дорог колеи 1520 мм с максимальной статической нагрузкой от оси на рельсы 245 кН и конструкционной скоростью 120 км/час, а также модели 18-1170, для грузовых вагонов со статическими нагрузками от оси на рельсы 196-230 кН и конструкционной скоростью 140 км/час.
Источники информации:
1 Д.Викас. Динамика двухосных тележек. Стр.17-21, журнал «Железные дороги мира» №11/97, Москва.
2 Л.Д.Кузьмич, А.Б.Сурвилло, В.М.Барбашов, В.Д.Цукерман. Исследование динамических качеств опытных тележек КрВ3 для грузовых вагонов с осевой нагрузкой 245 кН. Труды ВНИИ вагоностроения, 1980, вып.42, стр.39-49.
3 Не Quyonq. Новые тележки для грузовых вагонов (Китай). Chinese Railway, 1997, №2, р.42-47.
4 Motion Control M-976 Truck System. www.ASFGLQBAL.com.
5 Тележка для железнодорожных вагонов. Buckeye Steel Castings Co, Патент US 97 858672 19.05.97; ЕР 98 98308243 09.10.98
6 Железнодорожная тележка. ФГУП «ПО Уралвагонзавод» Патент RU 42992 U1
7 Тележка грузового вагона. ОАО «Алтайвагонзавод». Патент RU 2224673 С2
8 Э.Андерссон. Тележка с упругим направлением колесных пар для грузовых вагонов. Glasers Annalen, 1988, №9. S.315-318
9 Тележка железнодорожного вагона. ГУП «ПО Уралвагонзавод». Патент RU 2200681 С2
10 Железнодорожная грузовая тележка для повышенных скоростей движения. ФГУП «ЦКБ ТМ». Патент RU 39558 U1.
11 Тележка двухосная для грузовых железнодорожных вагонов колеи 1520 мм. ГУП «УО ВНИИЖТ». Патент RU 42991 U1.