ПЯТНИК ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта, в частности, к конструкции пятника и пятниковых мест железнодорожного подвижного состава, а именно вагонов, устройств сочленения и литых консолей грузовых вагонов.
Пятник или пятниковое место является опорой вагона, устройства сочленения и литой консоли на тележку. Поверхность контакта пятника или пятникового места вагона, устройства сочленения и литой консоли с подпятником тележки вагона, согласно отраслевым стандартам, может быть обозначена как горизонтальная рабочая поверхность или опорная поверхность пятника. При прохождении вагоном кривых возникают центробежные силы, направленные наружу кривой, следствием которых является перевалка (крен) кузова. При этом передача вертикальной нагрузки от веса кузова с грузом на подпятник осуществляется через опорную поверхность пятника.
Из уровня техники известен пятник железнодорожного подвижного состава (RU 2613113 C1, опубл. 15.03.2017, МПК B61F 5/16, прототип), содержащий опорную поверхность, упорную поверхность, отверстие для шкворня, привалочную поверхность. По краю опорной поверхности симметрично относительно продольной центральной оси пятника выполнены два противолежащих скоса.
Заявляемая полезная модель является развитием указанного технического решения и, как показали исследования, является более предпочтительным в плане распределения нагрузок, а, следовательно, сокращения износа опорной поверхности пятника или пятникового места.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является сокращение износа опорной поверхности, при этом в качестве дополнительного эффекта является снижение массы детали.
Указанный технический результат достигается тем, что в пятнике (пятниковом месте) железнодорожного подвижного состава, содержащем опорную поверхность и упорную поверхность для взаимодействия с ответными поверхностями подпятника тележки подвижного состава, по краю плоской опорной поверхности симметрично относительно продольной центральной оси пятника, совпадающей с продольной осью железнодорожного подвижного состава, выполнены два противолежащих скоса, согласно настоящей полезной модели, скосы выполнены со ступеньками и с криволинейной поверхностью, которая сопряжена с опорной поверхностью пятника с радиусом кривизны «R1» и с поверхностью ступенек с радиусом кривизны «R2». Радиус кривизны «R1» может быть выполнен в диапазоне размеров от 6 до 13 мм. Центр криволинейности поверхности, выполненной по радиусу «R1», может быть расположен на расстоянии «L» от края упорной поверхности пятника, составляющем от 20 до 50 мм. Радиус кривизны «R2» может быть выполнен в диапазоне размеров от 15 до 40 мм. Ступеньки скосов пятника могут быть выполнены на высоте «h» в диапазоне размеров от 4 до 8,5 мм от опорной поверхности пятника. Поверхность ступенек скосов может быть параллельна опорной поверхности пятника. Радиусы «R1» и «R2» выполнены постоянной и/или переменной величины.
Заявляемая полезная модель отличается от прототипа тем, что скосы пятника (пятникового места) выполнены со ступеньками, поверхность которых может быть параллельна опорной поверхности пятника (пятникового места), и криволинейной поверхностью, сопряженной с опорной поверхностью пятника с радиусом кривизны «R1» и с поверхностью ступенек с радиусом кривизны «R2». Такое отличие дает основание утверждать о соответствии предполагаемого технического решения критерию изобретения – «новизна».
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами: на фиг. 1 – представлен пятник в изометрической проекции (вид на опорную поверхность); фиг. 2 – пятник вид на опорную поверхность, фиг. 3 – разрез А-А фиг. 2, фиг. 4 – вид Б фиг. 3.
На фиг. 1–3 представлен пятник, содержащий опорную поверхность 1, упорную поверхность 2 и отверстие для шкворня 3 для взаимодействия с ответными поверхностями подпятника тележки подвижного состава (не показано на чертежах), привалочную поверхность 4 (не показана на фиг. 1 и 2) для соединения с ответной поверхностью рамы вагона, устройства сочленения или литой консоли (не показаны на чертежах), фланец 5, отверстия для крепления пятника 6 к раме вагона, к поверхности устройства сочленения или литой консоли. Центральная продольная ось 7 пятника совпадает с центральной продольной осью подвижного состава (вагона, устройства сочленения или литой консоли). На опорной поверхности 1 вдоль центральной продольной оси 7 пятника выполнены два противолежащих скоса 8.
На фиг. 4 представлен увеличенный вид выполнения скосов 8. Скосы 8 пятника выполнены со ступеньками 9, поверхность которых параллельна опорной поверхности 1 пятника и с криволинейной поверхностью, которая сопряжена с опорной поверхностью 1 пятника с радиусом кривизны «R1» и с поверхностью ступенек 9 с радиусом кривизны «R2». Ступеньки 9 скосов 8 выполнены на высоте «h», измеренной от опорной поверхности 1 пятника (пятникового места). Центр криволинейности поверхности, выполненной по радиусу «R1», может быть расположен на расстоянии «L» от края упорной поверхности 2 пятника.
Технический результат заявляемой полезной модели, заключающийся в сокращении износа опорной поверхности, при этом в качестве дополнительного эффекта – снижение массы детали, достигается следующим образом.
Два противолежащих скоса пятника (пятникового места) выполнены по краю сопряжения упорной и опорной поверхностей пятника или пятникового места, симметрично относительно центральной продольной оси пятника, совпадающей при установке пятника с продольной центральной осью подвижного состава (вагона, устройства сочленения или литой консоли). Возможно также выполнение двух фасок.
Выполнение скосов со ступенькой, обеспечивает сокращение износа опорной поверхности пятника за счет уменьшения контактных напряжений и момента трения в узле «пятник-подпятник». Кроме того, при выполнении скосов со ступеньками снижается масса детали, за счет того, что для выполнения ступенек необходимо снимать больше металла с пятника, чем для выполнения обычных скосов. Выполнение ступенек скосов с поверхностью параллельной опорной поверхности пятника обеспечивает сокращение износа поверхности за счет того, что равномерного распределения возникающих напряжений на поверхности скосов, ступенек в частности.
Выполнение скосов на опорной поверхности пятника (пятникового места) с криволинейной поверхностью для сопряжения с опорной поверхностью и с поверхностью ступенек с радиусами кривизны «R1» и «R2» соответственно обеспечивает сокращение износа опорной поверхности пятника за счет уменьшения контактных напряжений на опорной поверхности при перевалке (крене) кузова вагона относительно продольной центральной оси вагона и уменьшения момента трения в узле «пятник-подпятник» при прохождении вагоном кривых. Снижение массы детали обеспечивается за счет выполнения поверхности скосов криволинейной формы, так как в отличие от ближайшего аналога, площадь поверхности становится больше, а объем меньше, что позволяет снизить массу детали в целом.
Опорная и упорная поверхности пятника или пятникового места, включая поверхности скосов и скругления в зоне сопряжения поверхностей скосов с опорной поверхностью, с поверхностью ступенек и поверхности ступенек с упорной поверхностью, в том числе сопряжение опорной поверхности с упорной поверхностью, могут быть закалены. Закалка обеспечивает повышение износостойкости и надежности пятника или пятникового места. Опорная и упорная поверхности должны иметь твердость для пятников от 156 до 255 НВ по всему объему, для пятниковых мест от 375 до 515 НВ на поверхности, не менее 350 НВ на глубине от 3,2 мм от поверхности и не более 300 НВ на глубине 9,6 мм от поверхности.
Диапазон значений радиуса кривизны «R1» от 6 до 13 мм обусловлен тем, что выполнение «R1» менее чем 6 мм, создаст повышенную концентрацию напряжений на кромке опорной поверхности пятника, а выполнение «R1» более чем 13 мм, нецелесообразно, так как приведет только к увеличению массы детали.
Центр кривой сопряжения поверхности скоса с опорной поверхностью пятника, выполненной с радиусом «R1», расположен на расстоянии «L» от края упорной поверхности пятника, составляющем от 20 до 50 мм. Указанный диапазон значений обусловлен тем, что выход в меньшую сторону создаст повышенную концентрацию напряжений на кромке опорной поверхности, а выход в большую сторону приведет к критическому уменьшению площади контакта опорной поверхности и подпятника тележки, в результате чего будет увеличена амплитуда и частота колебаний вагона и появится вероятность выпада пятника из подпятника тележки и «вылета» вагона (устройства сочленения или литой консоли) с тележки.
Минимальное значение выполнения радиуса кривизны «R2», равное 15 мм, обусловлено обеспечением благоприятного распределения напряжений на линии сопряжения кривых поверхности скоса, выполнение радиуса «R2» меньшего значения создаст дополнительную зону концентрации напряжений. Максимальное значение выполнения радиуса кривизны «R2», равное 40 мм, обусловлено целесообразностью выполнения скосов с криволинейной поверхностью без увеличения массы детали.
Высота расположения ступенек скосов пятника «h» измерена от опорной поверхности пятника (пятникового места). Минимальное значение высоты «h», равное 4 мм, обеспечивает благоприятное распределение напряжений на линии сопряжения поверхности скоса и опорной поверхности пятника. Выполнение высоты «h» больше максимального значения, равного 8,5 мм, обострит угол наклона скоса пятника и создаст зону повышенной концентрации напряжений на кромке опорной поверхности.
Криволинейная поверхность скосов пятника, выполненная с радиусами кривизны «R1» и «R2» постоянной величины, обеспечивает сокращение износа опорной поверхности за счет уменьшения контактных напряжений на опорной поверхности при перевалке (крене) кузова относительно продольной центральной оси пятника и уменьшения момента трения в узле «пятник – подпятник» при прохождении вагоном кривых. Выполнение поверхности скосов с радиусами кривизны «R1» и «R2» переменной величины в указанных выше диапазонах обеспечивает плавное сопряжение между кривыми поверхности скосов пятника, что также приведет к сокращению износа опорной поверхности пятника и уменьшению массы детали.
Пятник (пятниковое место) с двумя противолежащими скосами, выполненными со ступеньками и с криволинейной поверхностью, может быть применен как пятник грузового вагона, в том числе и съемный, так и пятник или пятниковое место устройства сочленения или литой консоли грузовых вагонов.
Грузовой вагон (полувагон), устройство сочленения или литая консоль с заранее установленным пятником (или выполненные с пятниковым местом), содержащим два противолежащих скоса, выполненным согласно заявляемой полезной модели, устанавливаются на тележки, посредством соединения «пятник-подпятник». При движении подвижного состава по железнодорожным путям, в том числе и по кривым, может происходить перевалка (крен) одного из вагонов или нескольких вагонов, что влечет за собой перемещение центра масс вагона или вагонов, а также движение соответствующего пятника вагона относительно соответствующего подпятника тележки (аналогично для пятников или пятниковых мест устройств сочленения и литых консолей). Возникающие при таком процессе нагрузки распределяются по опорной поверхности пятника, а также по поверхности скосов пятника и ступенькам, тем самым увеличивая площадь распределения контактных нагрузок, что приводит к сокращению износа опорной поверхности пятника. В том числе, при прохождении кривых, при выполнении пятника (пятникового места) с двумя противолежащими скосами, происходит уменьшение нежелательного момента сил трения, возникающих в узле «пятник – подпятник» при их повороте относительно друг друга.
Таким образом, заявляемая полезная модель, всей своей совокупностью существенных признаков, позволяет сократить износ опорной поверхности пятника (пятникового места), путем уменьшения контактных напряжений на опорной поверхности при перевалке (крене) кузова относительно надрессорной балки ходовой тележки, за счет оптимизации распределения осевых нагрузок, а также в качестве дополнительного эффекта снизить массу детали.