УЗЕЛ ОПОРНОГО СКОЛЬЗУНА С ПОСТОЯННЫМ КОНТАКТОМ ДЛЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ВАГОНА
SIDE-BEARING PAD ASSEMBLY WITH CONSTANT CONTACT FOR RAILWAY CAR

Область техники
Настоящее изобретение в целом относится к железнодорожным вагонам и, более конкретно, к узлу опорного скользуна с постоянным контактом для железнодорожного вагона.
Уровень техники
Типовой грузовой железнодорожный вагон включает в себя кузов вагона, опирающийся на пару колесных тележек, которые могут катиться по рельсам или железнодорожным путям. Каждая тележка содержит надрессорную балку, расположенную по существу перпендикулярно продольной оси кузова вагона. В большинстве грузовых вагонов между надрессорной балкой и кузовом вагона имеется шарнирное соединение, образованное с помощью пятникового узла, расположенного поперек и по центру рамы кузова вагона и надрессорной балки тележки. В соответствии с этим, тележка может поворачиваться вокруг подпятников под кузовом вагона. Когда железнодорожный вагон движется, кузов вагона имеет нежелательную тенденцию поворачиваться из стороны в сторону.
Были предприняты попытки уменьшить нежелательное вращение кузова железнодорожного вагона посредством использования опорных скользунов, расположенных на надрессорной балке тележки снаружи от подпятников. Известна конструкция опорного скользуна "с зазором", используемая на движущихся с меньшей скоростью цистернах/хопперах.
Традиционные опорные скользуны "с зазором" содержат металлический, а именно стальной, вкладыш или пластину, помещенную внутри удлиненного, открытого сверху кармана или углубления, предусмотренного на надрессорной балке тележки. Удлиненный и выступающий вверх корпус или короб, выполненный как одно целое с верхней поверхностью надрессорной балки или закрепленный на ней с помощью сварки или подобным способом, имеет открытое сверху углубление и препятствует скольжению металлического вкладыша относительно надрессорной балки. Как известно, между верхней поверхностью опорного скользуна "с зазором" и нижней поверхностью кузова железнодорожного вагона обычно имеется зазор или вертикальный промежуток.
Другие конструкции традиционных опорных скользунов "с зазором" содержат роликовые опоры, совершающие движения качения внутри удлиненного корпуса или опоры, установленной на верхней поверхности надрессорной балки железнодорожного вагона. Ролик выступает за верхний край корпуса или опоры и контактирует с нижней стороной кузова железнодорожного вагона. Такие опорные скользуны могут поддерживать кузов железнодорожного вагона относительно надрессорной балки, позволяя в то же время надрессорной балке и, следовательно, тележке вращаться относительно кузова вагона, что необходимо для обеспечения нормального движения тележки как по прямому, так и изогнутому пути.
При некоторых динамических режимах, связанных с боковыми неровностями пути, тележка железнодорожного вагона имеет нежелательную тенденцию колебаться или "рыскать" вокруг вертикальной оси под корпусом вагона. Конические колеса каждой тележки движутся по волнообразной траектории вдоль прямого участка пути, в то время как благодаря своей конической форме они стремятся к среднему положению. В результате таких циклических поворотов может иметь место "рыскание", когда эти повороты становятся нестабильными из-за бокового резонанса, развивающегося между кузовом вагона и путем. Слишком сильное "рыскание" может привести к преждевременному износу колесных компонентов тележки, в том числе колес, надрессорных балок и связанного с ними оборудование. Более того, рыскание может приводить к повреждению груза, транспортируемого в кузове вагона.
Скорость движения железнодорожного подвижного состава, включая цистерны/хопперы, продолжает увеличиваться. Увеличение скоростей железнодорожного транспорта приводит соответственно к повышению степени рыскания колесных тележек. Опорные скользуны "с зазором" или опорные скользуны, содержащие роликовые опоры, попросту не могут ограничить и не ограничивают рыскание колесных тележек. По этой причине, компоненты тележек, включающие в себя колеса, надрессорные балки и связанное с ними оборудование имеют тенденцию к преждевременному износу.
В технике также имеются опорные скользуны с постоянным контактом для железнодорожных вагонов. Опорные скользуны с постоянным контактом для железнодорожных вагонов не только поддерживают кузов железнодорожного вагона относительно надрессорной балки во время их относительного вращения, но дополнительно служат для рассеивания энергии за счет фрикционного контакта между нижней стороной кузова железнодорожного вагона и опорным элементом, ограничивая таким образом разрушительное рыскание тележки. Опорные скользуны с постоянным контактом обычно включают в себя корпус, содержащий основание и колпак. Основание, как правило, имеет чашеобразную форму и содержит по крайней мере два имеющие отверстия выступа, расположенных диаметрально противоположно относительно друг друга для подходящего закрепления основание на надрессорной балке. В одном варианте, колпак смещен от основания и имеет верхнюю поверхность, фрикционно контактирующую с нижней стороной кузова вагона. Колпак должен быть несвязанным, чтобы свободно двигаться в вертикальном направлении относительно основания опорного скользуна.
Кроме того, подобные опорные скользуны с постоянным контактом содержат пружину. Назначение такой пружины - поглощать, рассеивать и возвращать энергию, переданную ей в течение рабочего цикла узла опорного скользуна, а также упруго устанавливать верхнюю поверхность колпака, под действием силы предварительной нагрузки, в положение фрикционного контакта с рамой кузова вагона. Пружина для таких опорных скользунов может содержать или подпружиненные стальные элементы или эластомерные блоки или их сочетания, установленные в рабочем положении между основанием опорного скользуна и колпаком. Эластомерный блок, который признан наиболее предпочтительным, поставляется и продается правопреемником настоящего изобретения под фирменным названием "TecsPak". Однако, как будет понятно, такой эластомерный блок сам по себе не обладает продольной жесткостью и соответственно нуждается во внешнем корпусе, обеспечивающем ему дополнительную поддержку и жесткость.
Существуют как минимум две проблемы, связанные с конструкцией узла опорного скользуна с постоянным контактом. Во-первых, в процессе работы зазор скольжения между основанием и колпаком узла опорного скользуна с постоянным контактом увеличивается из-за трения и износа. Такой износ критически ухудшает эксплуатационные качества узла опорного скользуна. То есть, любой промежуток между основанием и колпаком корпуса опорного скользуна делает возможным вредные продольные или горизонтальные смещения колпака относительно корпуса, уменьшая таким образом способность узла опорного скользуна поглощать энергию, которая является важной рабочей характеристикой узла опорного скользуна. Понятно, что если промежуток между основанием и колпаком корпуса опорного скользуна достигает критической величины, узел опорного скользуна уже не является пригодным и будет забракован.
Вторая конструкционная проблема касается тех опорных скользунов с постоянным контактом, в которых используется эластомерная пружина, и связана с накоплением тепла вблизи эластомерной пружины. В процессе эксплуатации железнодорожного вагона наличие фрикционного контакта между кузовом железнодорожного вагона и узлом опорного скользуна приводит к возрастающему накоплению тепла. При отсутствии возможности контроля над таким накоплением тепла, эластомерная пружина имеет тенденцию размягчаться и деформироваться, что вредно влияет на работоспособность узла опорного скользуна с постоянным контактом.
Фрикционный скользящий контакт между узлом опорного скользуна и соответствующим узлом железнодорожного вагона может вызывать повышение температуры внутри узла опорного скользуна, которая может превысить температуру тепловой деформации эластомерной пружины, что приведет к деформации эластомерной пружины. Используемый в настоящем описании термин "температура тепловой деформации" означает уровень температуры, при котором эластомерная пружина, независимо от ее состава, имеет тенденцию размягчаться и деформироваться. Деформация эластомерной пружины может значительно снизить способность эластомерной пружины передавать необходимую силу предварительной нагрузки, что ухудшает характеристики вертикальной подвески узла опорного скользуна и, в свою очередь, приводит к усилению рыскания колесной тележки. Усиленное рыскание и/или нестабильные циклические повороты тележки вокруг вертикальной оси увеличивают результирующее смещение/колебание железнодорожного вагона, приводя к дальнейшему росту накопления тепла и дополнительному повреждению эластомерной пружины.
Таким образом, имеется потребность и необходимость в узле опорного скользуна с постоянным контактом для железнодорожного вагона, составные части которого имели бы конструкцию, позволяющую оптимизировать поглощение энергии в узле опорного скользуна и связанные с этим его рабочие характеристики и препятствующую при этом повреждению эластомерной пружины в результате локального нагрева.
Сущность изобретения
Согласно одному из аспектов изобретения, предложен узел опорного скользуна с постоянным контактом для железнодорожного вагона, содержащий корпус и составную крышку, расположенные в рабочем сочетании друг с другом. Корпус узла опорного скользуна включает в себя вертикальную стенку, центральная ось которой является центральной осью узла опорного скользуна. Составная крышка включает в себя первый элемент, расположенный внутри корпуса и имеющий соответствующую стенку, которая во время работы узла опорного скользуна установлена во фрикционном контакте с частью стенки корпуса, расположенной на одной стороне от центральной оси. Стенка первого элемента расположена на одной стороне от центральной оси узла опорного скользуна. Второй элемент составной крышки по меньшей мере частично расположен внутри корпуса и опирается на первый элемент. Подобно первому элементу, второй элемент имеет соответствующую стенку, которая во время работы узла опорного скользуна установлена во фрикционном контакте с частью стенки корпуса опорного скользуна, расположенной на противоположной или второй стороне от центральной оси узла опорного скользуна. Второй элемент имеет фрикционную поверхность, расположенную над стенкой корпуса, чтобы контактировать с соответствующей частью железнодорожного вагона. Внутри корпуса расположена пружина для прижатия фрикционной поверхности крышки к соответствующей части железнодорожного вагона с обеспечением фрикционного контакта. Элементы составной крышки имеют невертикальные контактирующие друг с другом поверхности скольжения для поддержания фрикционного контакта между соответствующей стенкой каждого элемента и стенкой корпуса, чтобы ограничивать горизонтальные смещения фрикционной поверхности относительно корпуса, тем самым увеличивая поглощение энергии во время работы узла опорного скользуна. Невертикальные контактирующие друг с другом поверхности скольжения элементов составной крышки расположены под углом примерно от 20° до 30° к горизонтальной плоскости.
Корпус и составная крышка предпочтительно имеют взаимодействующие средства для направления первого и второго элементов при их вертикальных возвратно-поступательных перемещениях относительно корпуса и поддерживания заданного относительного положения первого и второго элементов и корпуса.
В одном варианте пружина для узла опорного скользуна с постоянным контактом содержит эластомерный элемент. С целью продления срока годности эластомерной пружины узел опорного скользуна выполнен с отверстиями, способствующими отведению тепла из него. Составная крышка предпочтительно имеет конструкцию, позволяющую отводить воздух под фрикционную поверхность крышки.
В одном из вариантов корпус узла опорного скользуна с постоянным контактом содержит основание с горизонтальными в целом фланцами, расположенными в противоположных направлениях от центральной оси указанного узла опорного скользуна. Чтобы упростить закрепление узла опорного скользуна на надрессорной балке железнодорожного вагона, в каждом фланце выполнено отверстие. В одном варианте отверстия во фланцах корпуса размещены по одной оси, которая по существу параллельна продольной оси железнодорожного вагона. Основание корпуса узла опорного скользуна предпочтительно служит опорой для одного конца пружины.
Согласно другому аспекту изобретения, предложен узел опорного скользуна с постоянным контактом для железнодорожного вагона, содержащий корпус и составную крышку, расположенные в рабочем сочетании друг с другом. Корпус включает в себя стенку, центральная ось которой является центральной осью узла опорного скользуна. Составная крышка включает в себя первый элемент, установленный с возможностью вертикальных перемещений внутри корпуса, и второй элемент, способный вертикально перемещаться внутри корпуса и опирающийся на первый элемент. Часть второго элемента установлена во фрикционном контакте с конструкцией кузова железнодорожного вагона. Внутри корпуса расположена пружина для упругого прижатия части крышки к конструкции кузова железнодорожного вагона с обеспечением фрикционного контакта. Элементы составной крышки имеют взаимодействующие друг с другом наклонные поверхности для обеспечения фрикционного контакта первого и второго элемента со стенкой корпуса в ответ на вертикальную нагрузку, действующую на крышку. Наклонные поверхности элементов составной крышки расположены под углом примерно от 20° до 30° к горизонтальной плоскости.
В одном из вариантов пружина узла опорного скользуна содержит эластомерный элемент. С целью продления срока годности эластомерной пружины корпус узла опорного скользуна выполнен с отверстиями, позволяющими отводить тепло из корпуса. Кроме того, составная крышка имеет конструкцию, позволяющую отводить воздух под часть крышки, расположенной во фрикционном контакте с конструкцией кузова железнодорожного вагона.
В одном из вариантов корпус узла опорного скользуна содержит основание с горизонтальными в целом монтажными фланцами, расположенными в противоположных направлениях от центральной оси узла опорного скользуна. В каждом монтажном фланце выполнено отверстие. Отверстия во фланцах размещены предпочтительно по продольной оси, которая по существу параллельна длинной продольной оси железнодорожного вагона. В одном из вариантов основание корпуса узла опорного скользуна служит опорой для одного конца пружины.
Корпус узла опорного скользуна и по меньшей мере один элемент составной крышки имеют взаимодействующие средства для направления элементов крышки при их вертикальных возвратно-поступательных перемещениях относительно корпуса и поддерживания заданного относительного расположения элементов крышки и корпуса. В одном из вариантов взаимодействующие средства размещены по той же продольной оси, что и отверстия в монтажных фланцах корпуса узла опорного скользуна.
Согласно еще одному аспекту изобретения, предложен узел опорного скользуна с постоянным контактом для железнодорожного вагона, содержащий корпус и составную крышку, расположенные в рабочем сочетании друг с другом. Корпус узла опорного скользуна имеет вертикальную стенку, а его центральная ось является центральной осью узла опорного скользуна. Составная крышка включает в себя седло пружины, расположенное внутри корпуса с возможностью вертикального перемещения, и верхнюю крышку. Верхняя крышка расположена внутри корпуса с возможностью вертикального перемещения и имеет плиту, расположенную на некотором расстоянии над стенкой корпуса. Верхняя крышка опирается на седло пружины. Пружина расположена внутри корпуса для упругого прижатия плиты составной крышки к части железнодорожного вагона с образованием фрикционного контакта. Седло пружины и верхняя крышка имеют взаимодействующие друг с другом наклонные поверхности для обеспечения перемещений седла пружины и верхней крышки в противоположных направлениях от центральной оси узла опорного скользуна с образованием фрикционного контакта стенок седла пружины и верхней крышки со стенкой корпуса в ответ на вертикальную нагрузку, действующую на плиту составной крышки. Взаимодействующие наклонные поверхности седла пружины и верхней крышки расположены под углом примерно от 20° до 30° к горизонтальной плоскости.
В одном из вариантов пружина узла опорного скользуна содержит эластомерный элемент. С целью продления срока годности эластомерной пружины корпус узла опорного скользуна выполнен с парой отверстий для отвода тепла из корпуса. Кроме того, верхняя крышка выполнена с каналом для отвода воздуха под плиту верхней крышки.
В одном из вариантов корпус узла опорного скользуна содержит основание с горизонтальными в целом монтажными фланцами, расположенными в противоположных направлениях от центральной оси узла опорного скользуна. Для упрощения закрепления узла опорного скользуна на надрессорной балке железнодорожного вагона в каждом монтажном фланце предпочтительно выполнено отверстие. Кроме того, основание корпуса узла опорного скользуна служит опорой для одного конца пружины.
В одном из вариантов отверстия в монтажных фланцах расположены по продольной оси, которая по существу параллельна длинной продольной оси железнодорожного вагона. Корпус узла опорного скользуна и по меньшей мере один элемент составной крышки имеют взаимодействующие средства для направления седла пружины и верхней крышки при их вертикальных возвратно-поступательных перемещениях относительно корпуса и поддерживания заданного относительного положения седла пружины, верхней крышки и корпуса. В одном из вариантов взаимодействующие средства, имеющиеся на корпусе узла опорного скользуна и по меньшей мере одном элементе составной крышки, расположены на той же оси, что и отверстия в монтажных фланцах корпуса узла опорного скользуна.
Перечень чертежей
Фиг.1 - вид сверху части колесной тележки железнодорожного вагона, представляющий пример узла опорного скользуна с постоянным контактом, реализующего принципы настоящего изобретения.
Фиг.2 - увеличенный вид сверху узла опорного скользуна с постоянным контактом, показанного на фиг.1.
Фиг.3 - вид справа в вертикальной проекции узла опорного скользуна с постоянным контактом, показанного на фиг.2.
Фиг.4 - разрез по линии 4-4 на фиг.2, в увеличенном масштабе.
Фиг.5 - изображение петель гистерезиса на графике "нагрузка-перемещение" для известного и предлагаемого согласно настоящему изобретению узлов опорного скользуна с постоянным контактом.
Фиг.6 - график, демонстрирующий увеличенную способность к поглощению вертикальной нагрузки, проявляемую узлом опорного скользуна по настоящему изобретению в сравнении с известным узлом опорного скользуна с постоянным контактом.
Подробное описание изобретения
В то время как возможны различные варианты осуществления настоящего изобретения, на чертежах и далее в описании раскрыт предпочтительный вариант исходя из того, что настоящее описание должно рассматриваться в качестве пояснения, которое не предназначено ограничивать изобретение проиллюстрированным и описанным конкретным примером.
Со ссылкой на чертежи, где на разных видах одинаковые детали обозначены одинаковыми номерами, на фиг.1 показан фрагмент обозначенной в целом номером 10 колесной тележки, служащей опорой для кузова 12, являющегося частью железнодорожного вагона 13 (фиг.3), и позволяющей ему двигаться по рельсам Т. Тележка 10 имеет стандартную конструкцию и включает в себя боковую раму 14, надрессорную балку 16, расположенную в целом перпендикулярно продольной оси 18 кузова 12 (фиг.3), и колесную пару 20. На надрессорной балке 16 установлен стандартный подпятник 22, служащий поворотной опорой для одного из концов кузова 12 (фиг.3).
Узел опорного скользуна железнодорожного вагона, реализующий принципы настоящего изобретения, в целом обозначен на фиг.1 номером 30 и установлен в рабочем сочетании с колесной тележкой 10. Как и в известных конструкциях, на верхней поверхности надрессорной балки 16 железнодорожного вагона, на каждой из противоположных боковых сторон подпятника 22 смонтирован узел опорного скользуна железнодорожного вагона смонтирован для ограничения рыскания и колебания колесной тележки 10 во время движения железнодорожного вагона по рельсам Т.
Форма узла 30 опорного скользуна не является существенной для настоящего изобретения. Показанный на чертежах узел 30 опорного скользуна приведен в качестве примера, и изложенные ниже принципы и идеи одинаково применимы и для других опорных скользунов, имеющих другие формы и конфигурации. Как показано на фиг.2, узел 30 опорного скользуна включает в себя корпус или кожух 40, составную крышку 60, установленную с возможностью в целом телескопических или вертикальных возвратно-поступательных перемещений относительно корпуса 40, и пружину 100 (фиг.4).
Как показано на фиг.2, 3 и 4, корпус 40, предпочтительно изготовленный из прочного износостойкого металлического материала, такого как сталь или тому подобный материал, включает в себя стенку 44, простирающуюся вверх от основания 46 вокруг оси 47, являющейся осью узла 30 опорного скользуна. Стенка 44 корпуса простирается вверх от основания 46 на заданное расстояние и имеет заданную конфигурацию внутренней поверхности 45. Стенка 44 корпуса 40 опорного скользуна 40 образует открытое сверху открытое углубление или внутреннюю полость 48.
Основание 46 корпуса имеет форму, приспособленную для закрепления корпуса на верхней поверхности 17 надрессорной балки 16 железнодорожного вагона с помощью соответствующих средств, например болтами с резьбой или т.п. В показанном варианте основание 46 корпуса включает в себя пару крепежных фланцев 50 и 50', расположенных диаметрально противоположно относительно оси 47 узла опорного скользуна. Каждый фланец 50, 50' имеет соответствующий канал или отверстие 52, 52' (фиг.4), куда можно вставлять подходящую крепежную деталь, что позволяет закрепить корпус 40 на верхней поверхности 17 надрессорной балки 16. Каналы или отверстия 52, 52' размещены предпочтительно по продольной оси 54, которая по существу параллельна продольной оси 18 кузова 12 вагона, когда корпус 40 закреплен на надрессорной балке 16.
Составная крышка 60 узла 30 опорного скользуна включает в себя первый элемент или седло 70 пружины и второй элемент или верхний колпак 80, которые расположены в рабочем сочетании друг с другом. Оба элемента 70 и 80 изготовлены предпочтительно из прочного и износостойкого металла, такого как сталь или т.п. Как показано на фиг.4, седло 70 пружины расположено внутри корпуса 40 с возможностью в целом вертикального перемещения и включает в себя верхнее в целом горизонтальное основание или опорную плиту 72 и вертикальную стенку 74. При установке внутри корпуса 40 стенка 74 элемента 70 расположена на одной стороне от вертикальной оси 47 узла 30 опорного скользуна. В предпочтительном исполнении стенка 74 составляет одно целое с опорной плитой 72. Причем, как показано на фиг.2 и 4, внешняя поверхность 75 вертикальной стенки 74 соответствует по форме внутренней поверхности 45 стенки 44 корпуса опорного скользуна, расположенной на одной стороне от вертикальной оси 47 узла 30 опорного скользуна. В показанном варианте осуществления формы внутренней поверхности 45 корпуса опорного скользуна и внешней поверхности 75 стенки седла пружины изогнуты соответственно друг другу, что способствует их скользящему движению относительно друг друга.
Как показано на фиг.2, второй элемент 80 по меньшей мере частично расположен внутри корпуса 40 с возможностью в целом вертикального перемещения и функционально опирается на первый элемент 70. Элемент 80 предпочтительно включает в себя в целом горизонтальную плиту 82, имеющую верхнюю в целом плоскую поверхность 83, которая приспособлена для фрикционного контакта с нижней стороной 15 кузова 12 вагона (фиг.2) и скольжения относительно нее. Когда узел 30 опорного скользуна закреплен на надрессорной балке 16, по меньшей мере часть плоской поверхности 83 элемента 80 расположена на заданном расстоянии над верхним концом вертикальной стенки 44 корпуса опорного скользуна. В показанном примере вертикальное расстояние между поверхностью 83 элемента 80 и верхним краем стенки 44, обозначенное на фиг.3 как "X", задает допустимое перемещение узла 30 опорного скользуна при сжатии, чтобы после того, как нижняя сторона 15 кузова 12 вагона коснется верхнего края стенки 44 корпуса, узел 30 опорного скользуна функционировал как жесткий орган и препятствовал дальнейшему качанию и перемещению кузова 12 вагона относительно надрессорной балки 16.
Как показано, элемент 80 содержит также вертикальную стенку 84, которая, когда элемент 80 находится в рабочем сочетании с узлом опорного скользуна, расположена на противоположной относительно вертикальной стенки 74 элемента 70 стороне от оси 47. Стенка 84 выполнена предпочтительно как одно целое с плитой 82. Как показано на фиг.2 и 4, внешняя поверхность 85 стенки 84 соответствует по форме внутренней поверхности 45, расположенной на противоположной относительно поверхности 75 элемента 70 стороне от вертикальной оси 47 узла 30 опорного скользуна. В показанном варианте осуществления формы внутренней поверхности 45 стенки корпуса опорного скользуна и внешней поверхности 85 стенки элемента 80 изогнуты соответственно друг другу, что способствует их скользящему движению относительно друг друга.
Одной из важных особенностей настоящего изобретения является возможность ограничения, если не полного исключения, горизонтальных смещений крышки 60 узла опорного скользуна относительно корпуса 40 узла опорного скользуна, что значительно улучшает эксплуатационные характеристики узла 30 опорного скользуна. Для достижения этой цели, как показано на фиг.4, первый и второй элементы 70 и 80 составной крышки 60 выполнены с невертикальными контактирующими друг с другом поверхностями скольжения 76 и 86 соответственно для поддержания фрикционного скользящего контакта внешних поверхностей 75 и 85 элементов 70 и 80 с внутренней поверхностью 45 корпуса 40 опорного скользуна. То есть первый и второй элементы 70 и 80 составной крышки 60 имеют взаимодействующие друг с другом наклонные поверхности 76 и 86, заставляющие седло пружины 70 и элемент 80 перемещаться в противоположных относительно друг друга направлениях от вертикальной оси 47 узла 30 опорного скользуна, чтобы внешние поверхности 75 и 85 соответственно первого и второго элементов 70 и 80 постоянно находились во фрикционном скользящем контакте с внутренней поверхностью 45 корпуса 40 опорного скользуна в ответ на вертикальную нагрузку, прикладываемую к плоской поверхности 83 узла 30 опорного скользуна.
В одном из вариантов невертикальные поверхности 76 и 86 первого и второго элементов 70 и 80 составной крышки 60 узла опорного скользуна расположены под заданным углом θ. В одном из вариантов заданный угол θ находится в интервале приблизительно от 20° до 30° относительно горизонтальной плоскости. В наиболее предпочтительном варианте взаимодействующие наклонные поверхности 76 и 86 первого и второго элементов 70 и 80 крышки 60 соответственно расположены под углом около 25° относительно горизонтальной плоскости.
Так как узел 30 опорного скользуна по настоящему изобретению относится к упругому типу, необходимо, чтобы он содержал в себе некое упругое устройство. В связи с этим, пружина 100 установлена в рабочем сочетании с составной крышкой 60, чтобы поглощать, рассеивать и возвращать энергию, передаваемую составной крышке 60. Как показано, пружина 100 установлена внутри полости 48, имеющейся в корпусе 40.
Подобно опорному скользуну в целом, конкретная форма пружины 100 в пределах сущности и объема настоящего изобретения может отличаться от той, что показана в качестве примера. В варианте, показанном на фиг.4, пружина 100 состоит из формованного и упруго деформируемого термопластичного эластомерного элемента 110 и теплоизолятора 120.
В варианте, показанном в качестве примера на фиг.4, элемент 110 пружины 100 имеет форму, подходящую для размещения между основанием 46 корпуса 40 опорного скользуна и нижней стороной опорной плиты 72 седла 70 пружины. Элемент 110, показанный в качестве примера на фиг.4, выполнен предпочтительно согласно патенту США №7338034, соответствующие части которого включены в настоящее описание посредством ссылки. В показанном варианте элемент 110 выполнен с центральным в целом отверстием 112, выходящим на соосные торцы элемента 110. Однако следует понимать, что элемент 110 может быть и сплошным. Достаточно сказать, что термопластичный элемент 110 имеет предпочтительно отношение упругой деформации к пластической деформации примерно от 1,5 до 1. Более полное описание состава и способа изготовления элемента 110 содержатся в патенте США №4198037 на имя Д.Г.Андерсона, соответствующие части которого включены в настоящее описание посредством ссылки.
Теплоизолятор 120 пружины 100 расположен на конце термопластичного элемента 110 и предназначен для его защиты в процессе эксплуатации от вредного воздействия тепла, образующегося в результате трения скольжения при относительных перемещениях нижней стороны 15 кузова 12 вагона (фиг.3) и плоской поверхности 83 крышки 60 опорного скользуна во время движения железнодорожного вагона по рельсам. Достаточно сказать, что теплоизолятор 120 в рабочем положении установлен на конце термопластичного элемента 110 и предпочтительно выполнен согласно патентам США №№6092470, 6892999 и 7044061, соответствующие части которых включены в настоящее описание посредством ссылки.
В варианте, показанном в качестве примера на фиг.4, основание 46 узла 40 опорного скользуна служит опорой для торца пружины 100, который расположен с противоположной стороны от термоизолятора 120. Предпочтительно, чтобы в центре основания 46 корпуса 40 опорного скользуна была выполнена направляющая пружины или выступ 42. В показанном примере направляющая 42 пружины плотно входит в отверстие или углубление 112, выполненное в элементе 110, за счет чего по меньшей мере нижний конец пружины 100 находится в рабочем положении внутри корпуса 40 узла опорного скользуна.
Как показано на фиг.2, корпус 40 опорного скользуна и по меньшей мере один из элементов 70 и 80 составной крышки 60 имеют взаимодействующие средства 130 для направления элементов 70, 80 при их вертикальных возвратно-поступательных перемещений относительно корпуса 40 и поддерживания заданного положения крышки 60 относительно корпуса 40 опорного скользуна. Как показано на фиг.2, в качестве указанных средств 130, на внутренней поверхности 45 корпуса 40 опорного скользуна предпочтительно выполнена пара вертикальных шлицев или шпонок 132, которые в показанном варианте расположены диаметрально противоположно друг другу. Каждый шлиц или шпонка 132 расположена вертикально на внутренней поверхности 45 корпуса 40 опорного скользуна и имеет высоту, достаточную для обеспечения и направления вертикальных возвратно-поступательных перемещений по меньшей мере одного из элементов 70, 80 крышки 60 опорного скользуна во время работы узла 30 опорного скользуна.
Вертикальные шлицы или шпонки 132 выполнены предпочтительно как одно целое с корпусом 40 и расположены в целом соосно с продольной осью 54 корпуса 40 опорного скользуна. Кроме того, в предпочтительном варианте каждый элемент 70, 80 составной крышки 60 имеет углубление или шпоночную канавку 136, сконфигурированную для вставки в нее соответствующего шлица или шпонки 132 корпуса 40 опорного скользуна для направления элементов 70, 80 при их вертикальных возвратно-поступательных перемещениях относительно корпуса 40 с сохранением заданного относительного положения элементов 70, 80 и корпуса 40 опорного скользуна.
В показанном в качестве примера варианте узел 30 опорного скользуна имеет форму, которая способствует отводу тепла из полости 48 и от термопластичной пружины 100, что продлевает ресурс узла 30 опорного скользуна. Как показано на фиг.2 и 3, стенка 44 корпуса 40 опорного скользуна предпочтительно имеет отверстия 140 и 142, выполненные на противоположных боковых сторонах от продольной оси 47 корпуса 40 опорного скользуна. В одном из вариантов отверстия 140 и 142 расположены у нижнего конца корпуса 40 опорного скользуна, смежно с линией пересечения стенки 44 и основания 46. В показанном варианте отверстия 140 и 142 расположены в целом на одной линии, которая по существу перпендикулярна продольной оси 47 корпуса 40. Должно быть понятно, что при использовании термопластичной пружины для упругого прижатия крышки 60 к нижней стороне 15 кузова 12 железнодорожного вагона с образованием между ними фрикционного скользящего контакта (фиг.2) отверстия 140 и 142 обеспечивают особенное преимущество.
Кроме того, составная крышка 60 узла 30 опорного скользуна предпочтительно имеет конструкцию, позволяющую уменьшить вредное воздействие тепла на термопластичную пружину 100 во время работы узла 30 опорного скользуна. Более конкретно, в варианте, показанном на фиг.4, элемент 80 составной крышки 60 выполнен с каналом 150 для отвода воздуха предпочтительно под плоскую поверхность 83 крышки 60, чтобы препятствовать кондуктивному переносу тепла от плиты 82 к тому концу термопластичной пружины 100, который расположен рядом с элементом 80. Аналогично этому, в варианте, показанном на фиг.4, элемент 70 составной крышки 60 выполнен с каналом 160, расположенным в рабочем сочетании с каналом 150 элемента 80, чтобы отводить воздух между верхней фрикционной поверхностью 83 крышки 60 и прилегающим концом пружины 100. При использовании термопластичной пружины для упругого прижатия крышки 60 к нижней стороне 15 кузова 12 железнодорожного вагона с образованием между ними фрикционного скользящего контакта (фиг.4) каналы 150 и 160 в крышке 60 обеспечивают особенное преимущество.
Преимущества узла опорного скользуна по настоящему изобретению проиллюстрированы на фиг.5, на которой представлена расчетная петля гистерезиса в координатах "продольная нагрузка-перемещение", где внешним параллелограммом ABCDEFA обозначен цикл узла опорного скользуна по настоящему изобретению, когда надрессорная балка 16 колесной тележки 10 колеблется или "рыскает" между крайними положениями при движении вокруг подпятника (фиг.1). Однако необходимо отметить, что схема на фиг.5 предназначена только для иллюстративных целей и не должна истолковываться прямо или косвенно как отображение реальных величин нагрузок, действующих на составные части узла 30 опорного скользуна, или величин перемещений этих частей.
Показанной на фиг.5 площадью ABZJKDEVLMA обозначена расчетная петля гистерезиза "продольная нагрузка-перемещение" для традиционного узла опорного скользуна, в котором между верхней крышкой и корпусом опорного скользуна необходим промежуток или зазор, чтобы крышка могла вертикально перемещаться относительно корпуса опорного скользуна. Более конкретно, на графике, показанном на фиг.5, площадью ABZJKDEVLMA обозначен цикл традиционного узла опорного скользуна, имеющего зазор или промежуток между корпусом опорного скользуна и крышкой, а также показано влияние такого зазора на продольную нагрузку узла опорного скользуна, когда надрессорная балка 16 колесной тележки колеблется или "рыскает" между крайними положениями при движении вокруг подпятника 22 (фиг.1).
На графике фиг.5 точка А условно соответствует повышенной продольной нагрузке на узел опорного скользуна, когда надрессорная балка 16 тележки (фиг.1) сдвигается в направлении крайнего углового положения и боковые стенки традиционного узла опорного скользуна прижаты друг к другу под действием продольных сил, действующих на узел опорного скользуна в результате "рыскания" или поворота тележки вокруг вертикальной оси между крайними положениями во время движения железнодорожного вагона по рельсам. Отрезок АВ на фиг.5 условно соответствует уменьшению продольной нагрузки на узел опорного скользуна, когда надрессорная балка 16 тележки поворачивается в первом направлении из одного крайнего углового положения.
На графике фиг.5 точка В условно соответствует продольной нагрузке на опорный скользун, когда надрессорная балка железнодорожного вагона расположена близко к ее крайнему угловому положению, но боковые стенки корпуса опорного скользуна и крышки узла опорного скользуна смещены в результате уменьшения действующих на них продольных сил. Отрезок BZ на графике фиг.5 условно соответствует относительно постоянной продольной нагрузке на узел опорного скользуна, когда надрессорная балка 16 тележки перемещается из положения, близкого к ее крайнему угловому положению, где ослабевают продольные нагрузки на боковые стенки корпуса опорного скользуна и крышки, и происходит смещение этих элементов к среднему или центральному положению. Продольная нагрузка на узел опорного скользуна железнодорожного вагона, соответствующая отрезку BZ, остается относительно постоянной, когда крышка смещается в продольном направлении в зазоре между ней и корпусом опорного скользуна.
Как показано на фиг.5, между точками Z и J продольная нагрузка на узел опорного скользуна остается относительно постоянной, когда зазор между крышкой и узлом опорного скользуна продолжает сокращаться в то время как надрессорная балка 16 тележки продолжает поворачиваться вокруг подпятника 22 (фиг.1) из среднего положения в противоположное крайнее угловое положение. Точка J на графике фиг.5 условно соответствует продольной нагрузке на узел опорного скользуна, когда боковые стенки корпуса опорного скользуна и крышки традиционного узла опорного скользуна снова контактируют друг с другом. Отрезок JK на графике фиг.5 условно соответствует увеличению продольной нагрузки на узел опорного скользуна, когда боковые стенки корпуса опорного скользуна и крышки в традиционном узле опорного скользуна смещаются, в то время как надрессорная балка 16 продолжает поворачиваться к крайнему угловому положению в процессе рыскающих движений тележки 10.
Когда боковые стенки корпуса опорного скользуна и крышки в традиционном узле опорного скользуна контактируют друг с другом (точка K), продольная нагрузка на узел опорного скользуна остается относительно постоянной, что обозначено на графике фиг.5 отрезком KD. Соответственно отрезку KD на графике фиг.5 нижняя сторона 5 железнодорожного вагона скользит относительно узла опорного скользуна, когда надрессорная балка продолжает поворачиваться по направлению к крайнему угловому положению.
Точка D на графике фиг.5 условно соответствует увеличенной продольной нагрузке на узел опорного скользуна, когда надрессорная балка 16 тележки (фиг.1) сдвигается в направлении крайнего углового положения (противоположного положению, представленному на этом графике точкой А), а боковые стенки узла опорного скользуна прижаты друг к другу под действием повышенных продольных нагрузок на узел опорного скользуна в результате "рыскания" или поворота тележки вокруг вертикальной оси между крайними положениями при движении железнодорожного вагона по рельсам. Между точками D и Е на графике фиг.5 продольная нагрузка на узел опорного скользуна снова уменьшается в результате поворота надрессорной балки 16 тележки во втором направлении из одного крайнего углового положения в положение, близкое к крайнему угловому положению, в котором произошло смещение боковых стенок корпуса опорного скользуна и крышки в результате прекращения действия продольных сил. Отрезок EV на графике фиг.5 условно соответствует относительно постоянной продольной нагрузке на узел опорного скользуна, когда надрессорная балка 16 тележки движется из положения, близкого к ее крайнему угловому положению, в котором продольные нагрузки перестают действовать на боковые стенки корпуса опорного скользуна и крышки, к среднему или центральному положению. Продольная нагрузка на узел опорного скользуна железнодорожного вагона остается относительно постоянной, когда крышка смещается в продольном направлении в зазоре между ней и корпусом опорного скользуна, что соответствует отрезку EV.
Как показано на фиг.5, между точками V и L продольная нагрузка на узел опорного скользуна остается относительно постоянной, когда зазор между крышкой и корпусом опорного скользуна продолжает сокращаться, в то время как надрессорная балка 16 тележки продолжает поворачиваться вокруг подпятника 22 (фиг.1) из среднего положения к противоположному крайнему угловому положению через положение (точка L), в котором боковые стенки корпуса опорного скользуна и крышки традиционного узла опорного скользуна снова начинают контактировать друг с другом. Отрезок LM на графике фиг.5 условно соответствует увеличению продольной нагрузки на узел опорного скользуна, когда боковые стенки корпуса опорного скользуна и крышки традиционного узла опорного скользуна смещаются, в то время как надрессорная балка 16 продолжает поворачиваться к крайнему угловому положению во время рыскания тележки 10.
Когда боковые стенки корпуса опорного скользуна и крышки традиционного узла опорного скользуна контактируют друг с другом (точка М), продольная нагрузка на узел опорного скользуна остается относительно постоянной, как показано на графике фиг.5 между точками М и А. Соответственно отрезку МА на графике фиг.5, нижняя сторона 15 железнодорожного вагона скользит относительно узла опорного скользуна, когда надрессорная балка продолжает поворачиваться по направлению к крайнему угловому положению.
Вредные воздействия промежутка между верхней крышкой и корпусом традиционного узла опорного скользуна объясняются наличием на фиг.5 отрезков BJ и EL. То есть, когда надрессорная балка 16 тележки поворачивается во время "рыскания" последней, поворотное движение надрессорной балки 16 тележки создает продольную нагрузку на узел опорного скользуна, за счет чего верхняя крышка узла опорного скользуна смещается в продольном направлении относительно корпуса опорного скользуна до тех пор, пока не исчезнет расстояние, разделяющее стенку верхней крышки и стенку корпуса опорного скользуна. Сокращение расстояния, отделяющего стенку верхней крышки от стенки корпуса опорного скользуна схематически представлено на фиг.5 отрезками BJ и EL. Важно отметить, что расстояние, отделяющее стенку верхней крышки от стенки корпуса опорного скользуна в традиционном узле опорного скользуна постепенно нарушается из-за износа. То есть расстояние, отделяющее стенку верхней крышки от стенки корпуса опорного скользуна, схематически представленное на фиг.5 отрезками BJ и EL, продолжает увеличиваться при износе. Повышенный износ между крышкой и корпусом опорного скользуна уменьшает способность узла опорного скользуна поглощать энергию.
Важно то, что узел опорного скользуна по настоящему изобретению является саморегулирующимся. То есть во время работы узла опорного скользуна по настоящему изобретению поверхности 75 и 85 верхней крышки 60 автоматически приспосабливаются к износу и таким образом поддерживаются в постоянном контакте с внутренней поверхностью корпуса 40 опорного скользуна. Следовательно, в настоящем изобретении по существу отсутствует "мертвый" ход между верхней крышкой 60 и корпусом 40 опорного скользуна, когда тележка 10 перемещается из одного углового положения в другое. Соответственно, имеется преимущество в том, что, как схематически показано на фиг.5, заштрихованные диагональными линиями области доступны для поглощения энергии узлом 30 опорного скользуна во время эксплуатации железнодорожного вагона 13 (фиг.2). Кроме того, указанные выше заштрихованные области на фиг.5, схематически иллюстрирующие улучшенную способность узла опорного скользуна по настоящему изобретению поглощать энергию, будут только возрастать, учитывая износ между крышкой и корпусом опорного скользуна в традиционном узле опорного скользуна.
Преимущества узла опорного скользуна по настоящему изобретению пояснены далее на фиг.6. Петля гистерезиса 170, представленная на графике фиг.6 сплошной линией, показывает способность узла опорного скользуна 30 к поглощению энергии вертикальной нагрузки. Петля гистерезиса 180, представленная на графике фиг.6 пунктирной линией, показывает способность традиционного узла опорного скользуна к поглощению энергии вертикальной нагрузки. Повышенная способность узла опорного скользуна 30 поглощать, рассеивать и возвращать энергию железнодорожному вагону в сравнении с традиционной конструкцией опорного скользуна со всей очевидностью вытекает из сравнения двух петель гистерезиса 170 и 180.
Исходя из вышесказанного должно быть понятно, что могут быть сделаны и осуществлены многочисленные модификации и изменения, не выходя за пределы действительной сущности и новой идеи настоящего изобретения. Кроме того, должно быть понятно, что настоящее описание представляет собой изложение иллюстративного примера, который не должен ограничивать изобретение проиллюстрированным конкретным вариантом. Настоящее изобретение включает в себя посредством приложенной формулы изобретения все такие модификации и изменения в переделах сущности и объема формулы изобретения.