ПРУЖИНЫ И РЕССОРНОЕ ПОДВЕШИВАНИЕ ДВУХОСНОЙ ТЕЛЕЖКИ ГРУЗОВОГО ВАГОНА

Заявляемая полезная модель относится к железнодорожному транспорту, касается рессорного подвешивания двухосной тележки грузового вагона, в частности, рессорного комплекта и пружин в него входящих.
Известна конструкция тележки модели 18-100 железнодорожного грузового вагона [Л.Д. Кузьмич, А.В. Кузнецов «Вагоны. Проектирование, устройство и методы испытаний», М., Машиностроение, 1978, стр. 113], в которой использовано два пружинных комплекта, каждый из которых состоит из семи двухрядных пружин, включающих наружную и внутреннюю пружины. В зависимости от веса брутто вагона в пружинном комплекте можно использовать также шесть и даже пять двухрядных пружин вместо семи. При этом гибкость рессорного подвешивания тележки составит 1,3-1,82 мм/тс. Крайние боковые пружины комплекта поддерживают клинья гасителей колебаний. Рессорные комплекты, состоящие из пружин и клиновых гасителей колебаний, служат амортизаторами, как в вертикальном, так и в боковом направлениях. Фрикционные клинья обеспечивают гашение колебаний силами трения, развиваемыми между ними и боковыми рамами и зависящими от величины сжатия пружин, на которые они опираются. Пружины под надрессорной балкой несут основной вес вагона и оказывают сопротивление относительному продольному смещению между боковыми рамами («забеганию» боковых рам), сопротивляясь повороту надрессорной балки относительно боковой рамы в плане за счет своей горизонтальной жесткости.
Двухрядные цилиндрические винтовые пружины, воспринимающие нагрузку от надрессорной балки, как вариант, могут быть выполнены с разной высотой наружной и внутренней пружин, а двухрядные пружины, воспринимающие нагрузку от фрикционных клиньев, равными по высоте большей из пружин, воспринимающих нагрузку от надрессорной балки (Свидетельство на полезную модель RU 16482, B61F 5/00 от 01.10.2001 г. ). Каждая из наружных и внутренних пружин рессорного комплекта, имеющая опорные и рабочие витки, в соответствии с ГОСТ 1452-2011 «Пружины цилиндрические винтовые тележек и ударно-тяговых приборов подвижного состава железных дорог. Технические условия» относится к категории Б и имеет высоту в свободном состоянии, попадающую под интервал от 240 мм до 330 мм и соответственно имеет предельные отклонения на высоту в свободном состоянии плюс 6 мм, минус 3 мм.
Рессорное подвешивание обеспечивает уменьшенную жесткость пружин подвешивания под весом порожних и малозагруженных вагонов и снижение действующих ускорений.
Недостатком рессорного подвешивания является то, что в рессорном комплекте каждая из пружин не обладает высокой прочностью и при ненадлежащем качестве изготовления пружин в процессе эксплуатации может произойти их разрушение.
В случае излома пружины, рессорное подвешивание теряет свою рабочую демпфирующую способность, что в эксплуатации неблагоприятно сказывается на тележке и на вагоне в целом. Кроме того, разрушение пружин в эксплуатации может привести к аварийной ситуации, вплоть до крушения поезда.
Данная конструкция рессорного подвешивания пружин наиболее близкая по совокупности признаков к заявляемой полезной модели и выбрана в качестве прототипа для заявляемой полезной модели.
3
Существенным недостатком выше описанного рессорного подвешивания является его несоответствие требованиям межгосударственного стандарта ГОСТ 9246-2013 «Тележки двухосные трехэлементные грузовых вагонов железных дорог колеи 1520 мм. Общие технические условия», поскольку пружины, входящие в него, не обеспечивают расчетный статический прогиб рессорного подвешивания (не менее 8 мм) при минимальной расчетной массе вагона 21*10 кг.
3
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в создании пружин с геометрическими характеристиками, которые позволят создать рессорное подвешивание двухосной тележки грузового вагона, обеспечивающее расчетный статический прогиб не менее 8 мм при минимальной расчетной массе 21*10 кг в соответствии с ГОСТ 9246-2013. Кроме того, пружины, входящие в рессорное подвешивание, должны обладать высокой прочностью, исключающей их разрушение в процессе эксплуатации при превышении критических нагрузок, а также должны обеспечить уменьшение значений коэффициента вертикальной динамики и динамической нагрузки на тележку и кузов вагона.
Н
Н
Н
В
В
В
К
Поставленная задача решается таким образом, что каждая из наружных и внутренних пружин рессорного комплекта изготовлена из стали, имеющей предел текучести  не менее 1470 МПа. Индекс наружной пружины (C), определяемый как отношение ее среднего диаметра витка (D) к диаметру прутка наружной пружины (d), составляет 5,667-5,931, а число рабочих витков наружной пружины составляет 3,9-4,0. Индекс внутренней пружины (C), определяемый как отношение ее среднего диаметра витка (D) к диаметру прутка наружной пружины (d), составляет 5,500-6,053, а число рабочих витков внутренней пружины составляет 6,0-6,5. Сумма индексов наружной и внутренней пружин (C) каждой из семи двухрядных пружин рессорного комплекта входящего в рессорное подвешивание двухосной тележки грузового вагона, составляет не менее 11,3.
Н
Н
Н
В
В
В
К
Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что рессорное подвешивание двухосной тележки грузового вагона содержит два рессорных комплекта, размещенных под каждым из концов балки надрессорной, при этом каждый рессорный комплект выполнен из семи двухрядных пружин, состоящих из наружных и внутренних витых цилиндрических пружин с рабочими и опорным витками, расположенных под фрикционными клиньями и под надрессорной балкой и имеющих одинаковую номинальную высоту в свободном состоянии в диапазоне от 240 мм до 330 мм. Внутренняя и наружная пружины рессорного подвешивания имеют противоположную навивку. Индекс наружной пружины (C), определяемый как отношение ее среднего диаметра витка (D) к диаметру прутка наружной пружины (d), составляет 5,667-5,931. Индекс внутренней пружины (C), определяемый как отношение ее среднего диаметра витка (D) к диаметру прутка наружной пружины (d), составляет 5,500-6,053. Число рабочих витков наружной пружины составляет 3,9-4,0, а число рабочих витков внутренней пружины составляет 6,0-6,5. Сумма индексов наружной и внутренней пружин (C), входящих в каждую из семи двухрядных пружин рессорного подвешивания для двухосной тележки грузового вагона, составляет не менее 11,3. Каждая из пружин рессорного подвешивания выполнена из стали, имеющей предел текучести  не менее 1470 МПа.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, на которых изображены:
фиг. 1 - рессорное подвешивание двухосной тележки грузового вагона;
фиг. 2 - пружина наружная рессорного комплекта для подвешивания двухосной тележки грузового вагона;
фиг. 3 - пружина внутренняя рессорного комплекта для подвешивания двухосной тележки грузового вагона;
Н
Н
Н
В
В
В
К
Рессорное подвешивание двухосной тележки грузового вагона содержит два рессорных комплекта 1, размещенных под каждым из концов балки надрессорной 2, при этом каждый рессорный комплект 1 выполнен из семи двухрядных пружин 3, состоящих из наружных 4 и внутренних 5 цилиндрических винтовых пружин с рабочими 6 и опорными 7 витками. Пружины 4 и 5 расположены под фрикционными клиньями 8 и под надрессорной балкой 2. Высота пружин 4 и 5 в свободном состоянии может быть в диапазоне от 240 мм до 330 мм, но при этом пружины 4 и 5 имеют одинаковую номинальную высоту в свободном состоянии. Внутренняя пружина 5 имеет правую навивку, а наружная пружина 4 рессорного комплекта имеет навивку противоположную внутренней - левую. Технология навивки наружных 4 и зависит и от индекса изготовляемой пружины. Индекс наружной 4 пружины (С) определяется как отношение ее среднего диаметра витка (D) к диаметру прутка пружины (d) и составляет 5,667-5,931. Индекс внутренней 5 пружины (C) определяется как отношение ее среднего диаметра витка (D) к диаметру прутка пружины (d) и составляет 5,500-6,053. Число рабочих витков наружной пружины 4 составляет 3,9-4,0, а число рабочих витков внутренней пружины 5 составляет 6,0-6,5. Сумма индексов наружной и внутренней пружин (C), входящих в каждую из семи двухрядных пружин 3 рессорного комплекта 1 для подвешивания двухосной тележки грузового вагона, составляет не менее 11,3. Предел текучести  стали, из которой изготовлены каждая из пружин 4 и 5 рессорного комплекта 1, не менее 1470 МПа.
3
Технический результат от заявляемой полезной модели заключается в том, что подобраны геометрические характеристики пружин рессорного комплекта, позволяющие создать из них (пружин) рессорное подвешивание двухосной тележки грузового вагона, которое обеспечивает расчетный статический прогиб рессорного подвешивания в вагоне с минимальной расчетной массе вагона 21*10 кг не менее 8 мм, и позволяет улучшить динамические показатели рессорного подвешивания тележки грузового вагона и самого вагона в целом, а также увеличить расчетный статический прогиб рессорного подвешивания в вагоне с максимальной расчетной массой, и как следствие, уменьшить значения коэффициента вертикальной динамики и динамической нагрузки на тележку и кузов вагона.
Кроме того, заявляемая конструкция рессорного подвешивания отвечает требованиям ГОСТ 9246-2013.
Также в результате применения новых пружин увеличивается значение фактического коэффициента конструктивного запаса прогиба рессорного подвешивания на 4% по сравнению с рессорным подвешиванием по наиболее близкому аналогу с пружинами из стали марки 55С2 и на 3% по сравнению с рессорным подвешиванием ближайшего аналога с пружинами из стали марки 55РП, 55РП.
Изготовление пружин для рессорного подвешивания двухосной тележки грузового вагона из стали, имеющей предел текучести  не менее 1470 МПа, позволило снизить вероятность поломки пружин в работе и повысить безопасность в эксплуатации подвижного состава.
В настоящее время по заявляемой полезной модели разработана конструкторская документация, изготовлены опытные образцы как пружин, так и тележек с применением рессорного подвешивания с использованием этих пружин. Также проводятся необходимые испытания.