СОЕДИНИТЕЛЬНАЯ БАЛКА ДЛЯ ДВУХ ЛОНЖЕРОНОВ РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
CONNECTING BEAM FOR TWO LOAD-BEARING COMPONENTS OF FRAMEWORK OF RAIL VEHICLE

Область техники
Изобретение касается соединительной балки для соединения двух лонжеронов рамы ходовой части рельсового транспортного средства, имеющей по меньшей мере одно место крепления для установки навесных компонентов.
Уровень техники
Ходовые части рельсовых транспортных средств включают в себя, как правило, раму ходовой части, имеющую два лонжерона и одну соединяющую их поперечину, колесные пары, которые посредством первичного подрессоривания соединены с лонжеронами, и по меньшей мере одно вторичное подрессоривание для присоединения кузова вагона. Дополнительно к этому необходим также ряд других навесных компонентов для функционирования ходовых частей или, соответственно, рельсовых транспортных средств, например, элементы обеспечения безопасности поезда (антенны) или провода или, соответственно, их кабельные и трубопроводные компоненты. Для крепления этих навесных компонентов к раме ходовой части или, соответственно, для соединения их с лонжеронами известны соединительные балки, называемые также буферными балками, которые соединяют два лонжерона друг с другом и имеют места крепления для установки навесных компонентов. В таких местах крепления, например, скобы для крепления кабелей или консоли соединены с соединительной балкой, например, с помощью болтовых соединений.
При этом соединительные балки, как правило, жестко соединены с лонжеронами. Однако из-за этого соединительные балки выполняют функцию дополнительного придания жесткости раме ходовой части, что приводит к уменьшению способности к скручиванию лонжеронов друг относительно друга в состоянии эксплуатации. Поэтому жестко соединенные соединительные балки во время эксплуатации могут существенно хуже адаптироваться к скручиваниям рельса и компенсировать их в меньшей степени, что влечет за собой ухудшение ходовых технических свойств ходовой части.
Известны также соединительные балки, которые установлены, будучи разъединены с лонжеронами, или состоят из мягких при скручивании профилей. Вследствие этого, хотя и восстанавливается способность лонжеронов к скручиванию, однако одновременно снижается собственная частота, так что во время эксплуатации может наступать раскачивание конструктивных элементов. Так как этого раскачивания в любом случае следует избегать, такие соединительные балки подлежат конструктивным компромиссам, которые в любом случае связаны с соответствующими недостатками.
Задача изобретения
Поэтому задачей изобретения является преодолеть недостатки уровня техники и предложить соединительную балку для соединения двух лонжеронов, которая в наименьшей возможной степени влияет на способность лонжеронов к скручиванию и одновременно противодействует раскачиванию системы.
Изложение изобретения
Эта задача решается с помощью соединительной балки с признаками п.1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения определены в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения.
Поэтому в соответствии с изобретением у соединительной балки для соединения двух лонжеронов рамы ходовой части рельсового транспортного средства, имеющей по меньшей мере одно место крепления для установки навесных компонентов, предусмотрено, что соединительная балка включает в себя по меньшей мере один балочный элемент, имеющий первый балочный участок, и второй балочный элемент, имеющий второй балочный участок, причем эти балочные элементы соединены друг с другом по меньшей мере двумя соединительными средствами с силовым замыканием таким образом, что балочные участки соединяются друг с другом внахлестку по меньшей мере отдельными частями.
Соединение с силовым замыканием двух балочных элементов может, например, реализовываться с помощью соединительных средств, таких как болты или заклепки, вместе с соответствующими сверлениями в балочных элементах. Если соединительная балка в состоянии эксплуатации соединена с лонжеронами, то в случае нагрузки наступает возбуждение колебаний системы. В местах соединения, в которых соединительные средства соединяют друг с другом балочные элементы, при возбуждении колебаний системы возникают микродвижения между балочными элементами друг относительно друга или, соответственно, между балочными элементами и соединительными средствами. Эти микродвижения приводят к демпфированию способной к колебаниям всей системы и тем самым противодействуют раскачиванию всей системы. При этом соединяющиеся внахлестку балочные участки образуют наибольшую часть соединительной балки и вместе с тем служат для перекрытия расстояния между лонжеронами. При этом благодаря соединению внахлестку, получаются особенно благоприятные свойства с точки зрения способности к скручиванию.
Один из вариантов осуществления изобретения предусматривает, что первый балочный элемент и второй балочный элемент в области балочных участков выполнены в виде планок, так что балочные элементы распространяются в продольном направлении по существу с постоянным поперечным сечением, причем это продольное направление предпочтительно расположено нормально к лонжеронам, и перекрывают расстояние между лонжеронами. При этом балочные элементы в области балочных участков выполнены принципиально плоско.
Чтобы повысить способность соединительной балки к скручиванию, в другом варианте осуществления изобретения предусмотрено, что первый балочный элемент и второй балочный элемент в поперечном сечении имеют открытый профиль. Благодаря этому уменьшается момент сопротивления кручению, так что соединительная балка допускает более сильные деформации при скручивании лонжеронов. При этом открытые профили выполнены так, что они открываются в направлении, обращенном от соответственно другого балочного элемента, другими словами, наружу.
При этом предпочтительные варианты осуществления предлагаемой изобретением соединительной балки предусматривают, что открытый профиль представляет собой L-образный профиль или U-образный профиль. Такие профили технологически просты в изготовлении и поэтому представляют собой требующую меньших издержек альтернативу традиционным литым или сварным деталям. При этом балочные участки, как правило, образуются вертикальной частью профиля; либо вертикальной частью L-образного профиля, либо вертикально стоящей поперечной частью U-образного профиля.
Чтобы, с одной стороны, повысить способность соединительной балки к скручиванию, и чтобы, с другой стороны, снизить вес соединительной балки, другой вариант осуществления изобретения предусматривает, что балочные элементы в соединяющихся внахлестку балочных участках имеют несколько отверстий. При этом оказалось особенно предпочтительным, когда балочные участки образуют от 70% до 90%, предпочтительно от 80% до 90% длины балочных элементов, так что может предусматриваться большое количество отверстий.
В другом варианте осуществления изобретения предусмотрено, что балочные элементы имеют два соответственно соединяющихся внахлестку крепежных участка, причем в этих крепежных участках расположены соединительные средства. Путем соединения двух балочных элементов в крепежных участках балочные элементы могут соединяться как друг с другом, так и с лонжеронами, без принятия при этом дорогостоящих конструктивных мер. Предпочтительно балочные элементы соединены друг с другом с помощью соответствующих по меньшей мере двух соединительных средств для каждого крепежного участка, для уменьшения относительного движения балочных элементов друг относительно друга и повышения жесткости соединительной балки. Так соединительная балка может быть, например, соединена с крепежными пластинами, жестко соединенными с лонжеронами, напр., приваренными.
Для простого присоединения соединительной балки к лонжеронам другой предпочтительный вариант предлагаемой изобретением соединительной балки предусматривает, что крепежные участки расположены на концах балочных участков, указывающих в смонтированном состоянии в направлении лонжеронов. Благодаря расположению крепежных участков в тех областях соединительной балки, которые находятся ближе всего к лонжеронам, расстояние между соединительной балкой и лонжеронами, которое должно перекрываться, например, крепежными элементами, является наименьшим.
Для улучшения способности лонжеронов к скручиванию друг относительно друга, когда жесткость при кручении уменьшается, и одновременно повышается жесткость соединительной балки при сдвиге, другой предпочтительный вариант осуществления изобретения предусматривает, что предусмотрено по меньшей мере по одному крепежному элементу для соединения соединительной балки с лонжероном рамы ходовой части. Наличие крепежных элементов, кроме того, делает возможным гибкое присоединение к разным лонжеронам и вместе с тем высокую способность адаптации соединительной балки к разным тележкам.
При этом конструктивно особенно удобно, когда крепежные элементы имеют контактный участок, который расположен между крепежными участками балочных элементов и с помощью соединительных средств соединен с балочными элементами. Благодаря помещению предпочтительно плоского контактного участка между двумя балочными элементами, причем предусмотренные для соединения балочных элементов соединительные средства также фиксируют крепежные элементы на балочных элементах, необходимо только небольшое количество отдельных конструктивных элементов, которые образуют соединительную балку. Сниженное количество конструктивных элементов и соединительных средств способствует также демпфированию колебаний, создаваемому соединительными средствами. В частности, при этом также возможны микродвижения между контактным участком, крепежными участками балочных элементов и соединительными средствами.
Так как конструктивное исполнение крепежных элементов также имеет непосредственное воздействие на прочность соединительной балки, другие предпочтительные варианты осуществления изобретения предусматривают, что крепежные элементы выполнены консольно или L-образно. Благодаря такому простому и целесообразному исполнению крепежных элементов, с одной стороны, изготовление и монтаж требуют меньших издержек, а с другой стороны, достигается высокая жесткость при сдвиге в продольном направлении балочных элементов.
Для адаптации к разным областям применения и уровням ускорения в другом варианте осуществления предлагаемой изобретением соединительной балки предусмотрено, что крепежные элементы имеют по меньшей мере по одному эластомерному элементу, причем с помощью этого эластомерного элемента крепежные элементы могут соединяться с соответствующим лонжероном. При применении таких эластомерных элементов они воспринимают деформации от скручивания и берут на себя также функцию демпфирования.
Чтобы можно было простым образом соединять навесные компоненты с соединительной балкой, по другому предпочтительному варианту осуществления первый балочный элемент имеет по меньшей мере один установочный участок, который под углом, предпочтительно под прямым углом, отстоит от первого балочного участка, при этом на установочном участке расположено указанное по меньшей мере одно место крепления. При этом установочный участок может быть выполнен, например, в виде горизонтально расположенной части L- или U-образного профиля. Благодаря тому, что установочный участок имеет по меньшей мере одно место крепления для установки навесных компонентов, навесные компоненты, например с помощью привернутых к местам крепления скоб для крепления кабелей, могут быстро и без больших усилий соединяться с соединительной балкой.
В другом варианте осуществления предусмотрено, что второй балочный элемент, дополнительно к или, соответственно, вместо установочного участка первого балочного элемента, имеет по меньшей мере один другой установочный участок, который под углом, предпочтительно под прямым углом, отстоит от второго балочного участка, при этом на другом установочном участке расположено по меньшей мере одно место крепления. При этом места крепления могут быть выполнены, например, также в виде консольных выступов установочных участков, на которых осуществляется установка навесных компонентов. Благодаря гибкому исполнению и расположению мест крепления на установочных участках такая предлагаемая изобретением соединительная балка может просто адаптироваться к данной тележке и утанавливаемым навесным компонентам.
По одному из особенно предпочтительных вариантов осуществления изобретения балочные элементы, предпочтительно также крепежные элементы, выполнены в виде листовых гнутых деталей. При этом металлические листы обладают особенно благоприятными механическими свойствами, которые удовлетворяют требованиям высоких нагрузок и позволяют присоединять навесные компоненты при относительно малых толщинах стенок, так что возможно также снижение веса по сравнению с соединительными балками по уровню техники.
Благодаря изготовлению элементов способом гибки, устраняются сварные швы, которые, как правило, негативно влияют на прочностные свойства, что можно объяснить местными напряжениями в корне сварного шва и изменениями в металлической структуре вследствие теплового воздействия при сварке. При этом особенно предпочтительным оказалось, чтобы листовые гнутые детали были изготовлены из нержавеющей стали, так как нержавеющая сталь не нуждается в дополнительном нанесении лакокрасочного покрытия или нанесении тонкослойного покрытия, чтобы быть защищенной от коррозии. Так от износа и коррозии защищаются также места, такие как, например, те места, в которых расположены соединительные средства, в которых традиционное нанесение тонкослойного покрытия или нанесение лакокрасочного покрытия невозможно или, соответственно, истирается или снашивается с течением времени.
Поставленная выше задача решается также с помощью рамы ходовой части рельсового транспортного средства, имеющей два лонжерона и соединяющую эти лонжероны соединительную балку. Рама ходовой части представляет собой при этом раму ходовой части тележки рельсового транспортного средства, к которой посредством соединительной балки присоединены навесные компоненты. При этом один из вариантов осуществления изобретения предусматривает, что соединительная балка соединена с лонжеронами посредством крепежных элементов. Если крепежные элементы имеют при этом эластомерные элементы, то эти эластомерные элементы расположены между крепежными элементами и лонжеронами. Особенно просто и устойчиво крепежные элементы могут соединяться с лонжеронами тогда, когда крепежные элементы имеют выступающий участок, который распространяется в направлении соответствующих лонжеронов. Этот выступающий участок, который может быть выполнен в виде части L-образного или консольного профиля, позволяет особенно гибко присоединять соединительную балку к различным местам лонжерона, например, непосредственно к продольным концам или в пролет, раскрывающийся между лонжеронами.
По другому варианту осуществления рамы ходовой части соединительная балка составляет с обоими лонжеронами прямой угол. Так как лонжероны известным образом ориентированы параллельно друг другу, и соединительная балка проходит по существу прямолинейно, прямой угол между лонжеронами и соединительными балками приводит к тому, что соединительная балка проходит параллельно поперечине рамы ходовой части, и поэтому при скручивании продольных концов рамы ходовой части друг относительно друга приводит к равномерной деформации лонжеронов.
Если поперечное сечение первого балочного элемента открыто в продольном направлении рамы ходовой части, а поперечное сечение второго балочного элемента - против продольного направления рамы ходовой части, то есть балочные элементы, другими словами, ориентированы в или, соответственно, против направления движения, то ничто не препятствует скручиванию продольных концов лонжеронов.
Так как соединительная балка не обязательно должна быть расположена в образованном параллельностью лонжеронов пролете между лонжеронами, а также, если смотреть от поперечины рамы ходовой части, может быть расположена позади продольных концов лонжеронов, чтобы соединять внахлест лонжероны в продольном направлении соединительной балки, в одном из предпочтительных вариантов осуществления предлагаемой изобретением рамы ходовой части предусмотрено, что длина балочных элементов составляет от 80% до 120%, предпочтительно от 90% до 110% пролета между двумя лонжеронами.
Один из особенно предпочтительных вариантов осуществления изобретения предусматривает, что соединительная балка, если смотреть от поперечины рамы ходовой части, расположена позади колесной оси рельсового транспортного средства, чтобы предоставлять там необходимые места крепления для монтируемых навесных компонентов.
Краткое описание фигур
Для дополнительного пояснения изобретения в последующей части описания, в котором содержатся другие предпочтительные варианты осуществления, подробности и усовершенствования изобретения, делается ссылка на фигуры. Фигуры должны пониматься в качестве примера, и хотя и должны представлять характер изобретения, но ни в коем случае не сужают или вовсе не воспроизводят его окончательным образом. Показано:
фиг.1: покомпонентное изображение одного из предпочтительных вариантов осуществления предлагаемой изобретением соединительной балки;
фиг.2: первый аксонометрический вид соединительной балки;
фиг.3: второй аксонометрический вид соединительной балки;
фиг.4: схематичное изображение рамы ходовой части с соединительной балкой;
фиг.5: аксонометрический вид соединительной балки, соединенной с рамой ходовой части.
Осуществления изобретения
На фиг.1 отчетливо показаны отдельные компоненты, из которых состоит соединительная балка: первый балочный элемент 1 и второй балочный элемент 2 выполнены по существу в виде планок и распространяются, прежде всего, в продольном направлении. При этом оба балочных элемента 1, 2 имеют U-образный профиль, причем эти профили открыты в соответственно противоположном направлении наружу, так что плоские участки балочных элементов 1, 2 находятся друг напротив друга. В концевых, если смотреть в продольном направлении, участках балочных элементов 1, 2, которые, как описано на фиг.2, выполнены в виде первого 7 и второго крепежного участка 8, расположен соответственно первый 9 или, соответственно, второй крепежный элемент 10.
При этом первый крепежный элемент 9 имеет плоский контактный участок 11, который расположен между двумя балочными элементами 1, 2, и двумя соединительными средствами 5, которые выполнены в виде болтов с резьбой, проходного сверления и резьбовых гаек, соединен с балочными элементами 1, 2. Тем самым балочные элементы 1, 2 располагаются на расстоянии друг от друга и с помощью соединительных средств 5 посредством первого крепежного элемента 9 соединяются друг с другом с силовым замыканием. Дополнительно к этому первый крепежный элемент 9, если смотреть в продольном направлении, выполнен L-образно, так что выступающий участок первого крепежного элемента 9 указывает в том же направлении, в котором открыт второй балочный элемент 2. При этом контактный участок 11 и выступающий участок 15 составляют прямой угол. На выступающем участке 15 первый крепежный элемент 9 имеет два эластомерных элемента 14, посредством которых соединительная балка может крепиться к лонжерону рамы ходовой части.
Аналогично этому выполнен также второй крепежный элемент 10, так что два балочных элемента 1, 2 посредством контактного участка 11 двух крепежных элементов 9, 10, имеющих каждый два соединительных средства 5, с силовым замыканием соединены друг с другом. Дополнительно к этому в центре соединительной балки расположены два других соединительных средства 5, которые дополнительно имеют распорную втулку для перекрытия расстояния между балочными элементами 1, 2. Они служат для придания соединительной балке дополнительной жесткости.
Если два крепежных элемента 9, 10 в смонтированном состоянии соединены с лонжеронами рамы ходовой части, то при обусловленном эксплуатацией возбуждении колебаний в областях балочных элементов 1, 2, которые с силовым замыканием посредством соответствующих контактных участков 11 соединены друг с другом, и на соединительных средствах 5 возникают микродвижения в местах контакта. Эти микродвижения обладают свойством демпфирования колебаний и так предотвращают раскачивание всей колебательной системы, включая раму ходовой части и соединительную балку.
Балочные элементы 1, 2 имеют каждый соответствующие друг другу первое 6a и второй 6b отверстия для снижения веса соединительной балки и одновременного повышения способности к скручиванию, другими словами, снижения жесткости при скручивании.
На фиг.2 показана соединительная балка в собранном состоянии, при этом положение частей друг относительно друга не отличается от вышеописанного. В частности, на этих изображениях подробнее изображены разные участки балочных элементов 1, 2. Первый балочный элемент 1 имеет в своем центральном участке, если смотреть нормально к продольному направлению, первый балочный участок 3, в котором расположены первые отверстия 6a. Первый балочный участок 3 представляет собой при этом ту плоскую часть U-образного профиля, которая ограничена двумя отстоящими под углом частями. Равным образом соответствующий соединяющийся внахлест участок второго балочного элемента 2 выполнен в виде второго балочного участка 4, в котором расположены вторые отверстия 6b, так что после соединения балочных элементов 1, 2 образуются общие отверстия 6.
На концах продольных сторон балочных элементов 1, 2 расположены крепежные участки 7, 8, которые находятся в контакте с контактными участками 11 крепежных элементов 9, 10, и в которых по два соединительных средства 5 соединяют балочные элементы 1, 2 посредством крепежных элементов 9, 10. Точнее, первый балочный элемент 1 на одном конце имеет первую часть 7a первого крепежного участка 7, а на противоположном конце - первую часть 8a второго крепежного участка 8. Второй балочный элемент 2 имеет соединяющуюся внахлест с первой частью 7a первого крепежного участка 7 вторую часть 7b первого крепежного участка 7 и аналогичную вторую часть 8b второго крепежного участка 8. При этом балочные участки 3, 4 занимают примерно 75% длины соединительной балки.
На фиг.3, как обозначено уже и на фиг.2, изображены два установочных участка 12. Они распространяются под прямым углом к имеющей отверстия 6 плоской части первого балочного участка 3 от второго балочного элемента 2. При этом установочный участок 12 в настоящем примере осуществления выполнен как та часть открытого U-образного профиля, которая выполнена на той же стороне, в которую распространяются крепежные элементы 9, 10, то есть другими словами, на верхней стороне соединительной балки. В этом установочном участке 12 расположены места 17 крепления для установки навесных компонентов, таких как, например, элементы для обеспечения безопасности поезда (антенны) или провода или, соответственно, их кабельные и трубопроводные компоненты, которые в настоящем случае выполнены в виде проходных сверлений. Теперь к этим местам 17 крепления могут простым образом крепиться скобы для крепления кабелей или другие привертываемые соединительные элементы. Для дополнительного снижения веса соединительной балки установочный участок 12 имеет четыре других отверстия 13. Второй установочный участок 12 выполнен в виде другой части открытого U-образного профиля, то есть другими словами, нижней стороны соединительной балки. И этот установочный участок 12 имеет места 17 крепления.
Второй балочный элемент 2, аналогично первому балочному элементу 1, имеет два других установочных участка 16, которые под прямым углом отстоят на верхней или, соответственно, нижней стороне второго балочного элемента 2 от второго балочного участка 4 или, соответственно, в этом случае образованы U-образным профилем второго балочного элемента 2. При этом расположенные на другом установочном участке 16 места 17 крепления выполнены в виде снабженных проходными сверлениями выступающих участков.
Благодаря гибкому исполнению и расположению мест 17 крепления на установочных участках 12 такая предлагаемая изобретением соединительная балка может просто адаптироваться к данной тележке и устанавливаемым навесным компонентам.
На фиг.4 и 5 показана рама ходовой части, имеющая соединительную балку. При этом соединительная балка или, соответственно, первый и второй балочный элемент 1, 2 соединены посредством первого крепежного элемента 9 с первым лонжероном 18 и посредством второго крепежного элемента 10 со вторым лонжероном 19, при этом лонжероны 18, 19 ориентированы параллельно продольному направлению 21. Лонжероны 18, 19 соединены также двумя поперечинами 20, через которые течет силовой поток между лонжеронами 18, 19, при этом поперечины 20 ориентированы нормально к продольному направлению 21. Соединительная балка ориентирована параллельно поперечинам 20, то есть тоже нормально к продольному направлению 21. На фиг.4 для наглядности еще раз изображены те места 17 крепления, которые видны на виде рамы ходовой части сверху. Также видно, что соединительная балка расположена на одном конце лонжеронов 18, 19 и при этом, если смотреть в продольном направлении 21 от поперечины 20, позади не изображенной колесной оси рельсового транспортного средства. На фиг.5, в отличие от этого, еще раз отчетливо показаны выступающие участки 15 крепежных элементов 9, 10, которые соединены с лонжеронами 18, 19 посредством эластомерных элементов 14.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
1 Первый балочный элемент
2 Второй балочный элемент
3 Первый балочный участок
4 Второй балочный участок
5 Соединительное средство
6 Отверстие
7 Первый крепежный участок
8 Второй крепежный участок
9 Первый крепежный элемент
10 Второй крепежный элемент
11 Контактный участок крепежных элементов 9, 10
12 Установочный участок
13 Другое отверстие
14 Эластомерный элемент
15 Выступающий участок крепежных элементов 9, 10
16 Другой установочный участок
17 Место крепления
18 Первый лонжерон
19 Второй лонжерон
20 Поперечина
21 Продольное направление.