ОПОРНЫЙ СКОЛЬЗУН ДЛЯ ТЕЛЕЖЕК ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ
SUPPORT SLIDER FOR FREIGHT-CAR TRUCKS

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к конструкции опорного скользуна для тележек грузовых вагонов.
Известен опорный скользун для тележек грузовых вагонов [1, Патент RU 2370388, МПК B61F 5/14, приоритет 19.07.2007, опубликован 27.01.2009].
Он содержит между корпусом и подвижной крышкой демпфер, выполненный в виде наружной пружины и внутренней пружины. Силовая характеристика такого скользуна обеспечивается сжатием сначала его внутренней пружины, которая имеет меньшую жесткость, а затем дальнейшим сжатием этой же пружины и наружной пружины, имеющей большую жесткость. В итоге, «мягкий» ход скользуна задается параметрами внутренней пружины, а «жесткий» ход - суммой сил противодействия сжатию внутренней и наружной пружин.
Однако в случае превышения величины нормативного усилия, приходящегося на подвижную крышку опорного скользуна, происходит полное смыкание витков обоих пружин, их сильная деформация, что при частом повторении таких пиковых нагрузок, особенно при критически низких температурах около -60°C, из-за которых происходит охрупчание материала пружин, может произойти их разрушению. Кроме того, при смыкании витков пружин скользун ведет себя как жесткое, совершенно непластичное тело, что может привести к поломке не только пружин, но и корпусных деталей скользуна, и даже стыкуемых с ним узлов кузова железнодорожного вагона и его тележки.
Данные недостатки устранены в опорном скользуне для тележек грузовых вагонов [2, Патент RU 2416540, МПК B61F 5/14, F16F 3/06, конвенционный приоритет 21.05.2008, опубликован 20.04.2011], принятом за прототип.
Такой опорный скользун содержит корпус и крышку, между которыми расположен упругий демпфер, состоящий из выполненного из эластичного материала стакана, внутри полости которого расположена выполненная из эластичного материала вставка, причем так, что за торец этого стакана выступает ее часть. Причем стакан ограничен в одном из вариантов по периферии внутренней пружиной, которая охвачена наружной пружиной, а в другом варианте по периферии стакан ограничен наружной пружиной, а внутри - внутренней пружиной. В обоих вариантах выполнения опорного скользуна одна из пружин по длине больше другой пружины. При сжатии упомянутой выступающей части вставки до торца стакана, она заполняет объем полости стакана, причем дальнейшая деформация вставки прекращается. «Мягкий» ход опорного скользуна обеспечивает высокая пружина, а его «жесткий» ход суммируется из жесткостей высокой и низкой пружин с добавлением жесткости стакана, выполненного из эластичного материала. Данный стакан при необходимости может быть спроектирован так, что его сила противодействия сжатию ограничивает полное смыкание как обеих пружин, так и корпуса скользуна, предотвращая их деформацию и разрушение.
Однако в такой конструкции есть недостатки, заключающиеся в том, что стакан, выполненный из эластичного материала, ограничен по периферии и/или внутри пружинами. Вследствие этого, при сжатии стакана происходит его истирание и деформация пружины, и происходит постепенный износ и проседание стакана из-за уменьшения от этого объема его стакана. По этой причине, жесткость его снижается, что может привести к тем же негативным последствиям, как и в случае применения устройства по аналогу [1]. В дополнение к этому, демпфер опорного скользуна по прототипу [2] содержит широкий номенклатурный ряд пружин.
Кроме того, применение внутренней и наружных пружин как основных элементов демпфера опорного скользуна усложняет и удорожает его конструкцию, так как требуются пружины из дорогостоящей легированной стали большого типоразмера и значительной жесткости.
Задача изобретения состоит в получении технического результата, направленного на упрощение и удешевление конструкции опорного скользуна для тележек грузовых вагонов, а также на повышение срока его службы.
Поставленная задача достигается тем, что опорный скользун для тележек грузовых вагонов, содержащий корпус и крышку, между которыми расположен упругий демпфер, выполненный в виде стакана, упирающегося своим днищем в днище крышки, имеет отличительные признаки: внутри полости стакана расположена упругая вставка, причем так, что за торец этого стакана выступает ее часть, кроме того, жесткость упругой вставки меньше жесткости стакана, в котором, или над, или под которым расположен конструктивный элемент, с жесткостью, меньшей жесткости стакана и большей жесткости упругой вставки.
Расположение внутри полости стакана упругой вставки позволит обойтись без применения в конструкции опорного скользуна дорогостоящих массивных стальных пружин, как в аналоге [1] и прототипе [2]. Это также позволит повысить ресурс работы опорного скользуна за счет исключения истирания стенок стакана о такие пружины.
Расположение упругой вставки по отношению к стакану, так, что за его торец выступает ее часть, направлено на увеличения рабочего хода крышки опорного скользуна, а также на обеспечение возможности применить упругую вставку и стакан с различной жесткостью.
Выполнение вставки с жесткостью, меньшей жесткости стакана, позволит обеспечить скользуну «мягкий» ход при приложении к его крышке нагрузки, что направлено на обеспечение работы опорного скользуна, как в прототипе [2].
Расположение в, или над, или под стаканом конструктивного элемента, с жесткостью, меньшей жесткости стакана и большей жесткости вставки, направлено на обеспечение начального «жесткого» хода скользуна, что соответствует современным требованиям.
Дополнительные отличительные признаки изобретения:
- конструктивный элемент выполнен в виде канавки на верхней части стакана, которая выполнена меньше в диаметре, чем остальная часть стакана, и которая снабжена углублением в его днище;
- конструктивный элемент выполнен в виде расположенной на верхней части стакана втулки, в которой выполнена наружная канавка;
- упругая вставка выполнена в виде объемного тела из эластичного материала, образующего в своем сечении восьмерку с центральными отверстиями в ее полках;
- упругая вставка выполнена в виде втулки из эластичного материала с торообразной наружной поверхностью;
- упругая вставка выполнена за одно целое со стаканом;
- упругая вставка выполнена в виде пружины сжатия;
- стакан выполнен из эластичного материала;
- стакан выполнен не из эластичного материала.
Сущность изобретения поясняется иллюстрациями, где на фиг. 1
опорный скользун для тележек грузовых вагонов, содержит (фиг. 1) корпус 1 и крышку 2, между которыми расположен демпфер, состоящий из стакана 3, выполненный или из эластичного или из неэластичного (металл, пластик) материала, внутри полости которого расположена упругая вставка 4, причем так, что за торец 5 этого стакана 3 выступает ее часть 6. Крышка 2 может охватывать корпус 1, как показано, а может быть охватываемой корпусом 1 (не показано). В определенных случаях элементы демпфера - стакан 3 и вставка 4 могут быть разграничены промежуточными пластинами (не показаны).
В исходном состоянии (фиг. 1) опорного скользуна между торцем 5 стакана 3 и днищем 7 корпуса 1 имеется начальное расстояние a, а между днищем 8 крышки 2 и торцем 9 корпуса 1 имеется начальное расстояние b1. Стакан 3 своим утолщенным днищем 10 упирается в днище 8 крышки 2. Крышка 2 охватывает корпус 1 и имеет фрикционную торцевую поверхность 11, которая служит для контакта (не показано) с элементами днища грузового вагона. Корпус 1 через отверстия 12 крепится (не показано) к тележке грузового вагона.
Жесткость упругой вставки 4 меньше жесткости стакана 3, в котором (фиг. 1, 7, 10), или над (фиг. 4), или под (не показано) которым расположен конструктивный элемент 13 (обозначен пунктирной линией с двумя точками), с жесткостью, меньшей жесткости стакана 3 и большей жесткости упругой вставки 4.
Конструктивный элемент 13 может быть выполнен в виде гофры, ребра (не показано) или канавки 14 (фиг. 1, 6, 7, 10) на верхней части стакана 3, которая выполнена меньше в диаметре, чем остальная часть стакана 3, и которая может быть снабжена углублением 15 в его днище 10.
Конструктивный элемент 13 может быть также выполнен в виде расположенной на верхней части стакана 3 втулки 16, в которой выполнена наружная канавка 17.
Упругая вставка 4 может быть выполнена в виде объемного тела из эластичного материала, образующего в своем сечении восьмерку с центральными отверстиями 18 (фиг. 1) в ее полках и полостями 19 между ними.
По описанной схеме возможны варианты исполнения конструкции демпфера, исходя из показателей экономической эффективности. Применение эластичных материалов, обладающих такими важными свойствами, как морозостойкость и теплостойкость, другими физическими свойствами, зачастую оказывается экономически невыгодным. Поэтому, с целью экономии таких материалов, возможно разделение деталей демпфера на большее число комплектующих, с заменой неработающих участков на более дешевые пластические массы, металл или другие типы материалов.
Поэтому упругая вставка 4 может иметь вид как на фиг. 1, но без центральных отверстий 18 и внутренних полостей 19, а также может быть составной из нескольких деталей.
Упругая вставка 4 может быть выполнена также (фиг. 6, 7) в виде втулки из эластичного материала с торообразной наружной поверхностью. Причем такая упругая вставка 4 может быть изготовлена за одно целое (фиг. 6) со стаканом 3 или отдельно (фиг. 7) от него.
Такая упругая вставка 4 может быть также и с глухим отверстием (не показано), или даже без отверстия.
Кроме того, упругая вставка 4 может быть выполнена в виде пружины сжатия (фиг. 10).
Принцип работы опорного скользуна для тележек грузовых вагонов заключается в нижеследующем.
При приложении начальной нагрузки F1 (фиг. 2, 8, 11) от днища грузового вагона (не показаны) на крышку 2 обеспечивается «мягкий» ход скользуна, соответствующий нормативному ходу опорного скользуна при движении чаще всего груженого вагона, заключающийся в том, что более жесткий стакан 3, перемещаясь вниз внутри корпуса 1, сжимает более мягкую упругую вставку 4. Обладая малой жесткостью, она способна сжиматься до тех пор, пора выступающая ее часть полностью не скроется в полости стакана 3. При этом крышка 2 проходит расстояние b1 (фиг. 1, 7, 10) - b2 (фиг. 2, 8, 11), равное расстоянию a (фиг 1, 7, 10), которое проходит стакан 3. Он в результате упирается в днище 7 корпуса 1, а упругая вставка 4 (фиг. 1, 7), деформируясь, заполняет объем полости стакана 3. Объем этой полости рассчитан таким образом, что при ее заполнении деформированной упругой вставкой 4 стенки стакана 3 не могут деформироваться, потому что с одной стороны этому препятствует стенка корпуса 1 опорного скользуна, а с другой стороны - распирающий объем материала упругой вставки 3. Дальнейшая деформация упругой вставки ограничивается стенкой стакана 3. Демпфер представляет собой в этом случае цельное тело, обладающее значительной жесткостью. Однако требования стандартов устанавливают, что опорный скользун должен обладать дополнительным «жестким» ходом, с подпорным усилием, в несколько раз большим, чем на своем «мягком» ходе. Поэтому геометрические параметры конструктивного элемента 13 (фиг. 1) рассчитаны для обеспечения величины заданного «жесткого» хода опорного скользуна, а также для обеспечения максимально допустимого подпорного усилия, противодействующего сжатию, при котором крышка 2 и корпус 1 опорного скользуна гарантированно не смыкаются и, соответственно, не могут повредить друг друга. Т.е. между ними обеспечивается гарантированный зазор b3 (фиг. 3, 9, 12).
При дальнейшем увеличении нагрузки F2 (фиг. 3, 9, 12) и сжатии такого конструктивного элемента 13 (фиг. 1) на стакане 3, например, в виде канавки 14, происходит выбирание заданной величины «жесткого» хода опорного скользуна, после которого этот конструктивный элемент (фиг. 3, 9, 12) закрывается, например, канавка 14 смыкается. Поэтому жесткость всего демпфера в определенный момент резко возрастает, препятствуя закрытию корпуса 1 опорного скользуна его крышкой 2. Причем упругая вставка 4 остается защищенной внутри стакана 3 от дальнейшей деформации. Именно благодаря защищенности упругой вставки 4 от передеформаций, становится возможной ее долговременная способность сохранять форму, размеры и характеристики, что сказывается на стабильности всего опорного скользуна и на отсутствии остаточной деформации (проседаний).
Применение такого упругого демпфера в конструкции дает возможность воспринимать и еще большие нагрузки, препятствуя смыканию корпуса 1 опорного скользуна с его крышкой 2. Это может особенно наблюдаться, хоть и в редких случаях, при транспортировании порожних вагонов, где величина крена кузова вагона может достигать критических значений. При этом возможно повреждение упругой зоны стакана 3, что повлечет за собой передеформацию его материала и снижение величины «жесткого» хода опорного скользуна. В этом случае такие поломки потребуют замены стакана 3 или всего демпфера в целом, что достигается простым, в отличие от аналога [1] и прототипа [2], снятием крышки 2 опорного скользуна и извлечением поврежденного узла с последующим размещением нового демпфера в корпусе 1.
Описанная схема изобретения может быть без труда применена для замены дорогостоящих громоздких металлических пружин, в большинстве существующих вариантов опорного скользуна, в том числе описанном в аналоге [1] или прототипе [2], без доработки корпуса таких опорных скользунов.
При внедрении изобретения могут быть достигнуты следующие показатели:
- обеспечение требуемых силовых характеристик;
- применение недорогих материалов;
- изготовление деталей достигается простыми операциями;
- минимальное количество комплектующих деталей;
- несложная замена деталей, отработавших ресурс;
- возможность переоснащения существующих и эксплуатирующихся опорных скользунов упругими демпферами новой конструкцией;
- нет необходимости в доработке существующих корпусов;
- минимальный износ и большой срок службы изделия.
Источники информации
1. Патент RU 2370388, МПК B61F 5/14, приоритет 19.07.2007, опубликован 27.01.2009.
2. Патент RU 2416540, МПК B61F 5/14, F16F 3/06, конвенционный приоритет 21.05.2008, опубликован 20.04.2011 /прототип/.