СОЕДИНЕНИЯ БУКСОВОГО ПОДШИПНИКА С БОКОВОЙ РАМОЙ ТЕЛЕЖКИ ГРУЗОВОГО ВАГОНА

Полезная модель относится к транспортной технике, а именно к соединению буксового подшипника с боковой рамой тележки грузового вагона, особенно для большегрузных вагонов с нагрузкой 25-27 т на ось.
Известна двухосная тележка грузового вагона с упругой связью колесной пары и боковой рамы (RU 60908, B61F 5/40, 10.02.2007, Бюл. №4), в которой опорные поверхности боковых рам и адаптеров кассетных подшипников колесной пары образованы двумя круговыми секторами попарно равных радиусов, симметрично сдвинутыми в противоположные стороны от вертикальной плоскости, проходящей через центр оси колесной пары, между опорными поверхностями боковых рам и каждым из адаптеров установлены упругие элементы, состоящие из цилиндрических металлических пластин и цилиндрических слоев эластичного материала, имеющих постоянную ширину, разную для каждого слоя, большую со стороны адаптера и меньшую со стороны боковой рамы. При этом количество слоев эластичного материала может составлять три, толщина эластичного слоя 20-25 мм, посадочный радиус эластичного слоя на адаптер 200-210 мм, угол раствора сектора цилиндра эластичного материала 20-25°, ширина эластичного слоя со стороны адаптера 170-180 мм, среднего 160-170 мм, со стороны боковой рамы 140-150 мм, угол установки 60-65°.
Недостатком известной двухосной тележки грузового вагона с упругой связью колесной пары и боковой рамы через адаптеры кассетных подшипников колесной пары является низкая работоспособность, т.к. при повышенной нагрузке на ось колесной пары, 25-27 т, применяемые в этом узле упругие элементы полностью деформируются и после этого не в состоянии амортизировать колебания рамы тележки относительно кассетных подшипников колесной пары в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Кроме того, все эластичные материалы снижают свои упругие свойства при понижении температуры в холодное время года, что еще более снижет упругие свойства эластичных слоев, используемых в аналоге. Отсутствие достаточной амортизации приводит в вертикальной плоскости к жесткому взаимодействию боковой рамы с адаптером, кассетным подшипником и, следовательно, с осью колесной пары, а в горизонтальной плоскости приводит к жесткому взаимодействию гребней колес и боковой поверхности рельсов. Отсюда в вертикальной плоскости возникают ударные взаимодействия колеса с рельсом, которые передаются на боковую раму тележки и ведут к ее разрушению, а в горизонтальной плоскости создается повышенное трение контактирующих поверхностей гребней колеса с рельсом, что существенно повышает усилия их взаимного перемещения и приводит к повышенным затратам энергии локомотива на продвижение вагона. Поэтому существенно увеличиваются энергозатраты на движение состава вагонов в поезде, и происходит интенсивный износ гребней колес и рельсов.
известно соединение буксы с боковой рамой тележки грузового вагона (RU 2342271, B61F 5/30, 27.12.2008, Бюл. №36). Соединение содержит опорный адаптер буксового подшипника и упругий амортизатор, установленный в буксовом вырезе боковой рамы тележки между опорными поверхностями буксового выреза тележки и опорного адаптера буксового подшипника. Упругий амортизатор выполнен из эластомера V-образной формы с углом в основании α=140÷170° с поперечной жесткостью, вычисляемой по формуле Жпоп=Р:(33,5÷38,5), и продольной жесткостью, вычисляемой по формуле Жпрод=Р:(55,5÷71,5), по отношению к продольной оси тележки для обеспечения деформации упругого амортизатора в продольном и поперечном направлениях, где Р - вертикальная нагрузка на ось колесной пары.
Недостатком известной двухосной тележки грузового вагона с упругой связью колесной пары и боковой рамы через адаптеры кассетных подшипников колесной пары является низкая работоспособность, т.к. при нагрузке на ось колесной пары 25-27 т, применяемые в этом узле упругие амортизаторы из эластомера V-образной формы полностью деформируются и, после этого, не в состоянии амортизировать колебания рамы тележки относительно кассетных подшипников колесной пары в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Кроме того, все полимерные материалы снижают свои упругие свойства при понижении температуры в холодное время года, что еще более ухудшает упругие свойства эластичных прокладок. Отсутствие достаточной амортизации приводит к жесткому взаимодействию рамы с адаптером, кассетным подшипником и, следовательно, с осью колесной пары, а в горизонтальной плоскости приводит к жесткому взаимодействию гребней колес и боковой поверхности рельсов. Отсюда в вертикальной плоскости возникают ударные взаимодействия колеса с рельсом, которые передаются на боковую раму тележки и ведут к ее разрушению, а в горизонтальной плоскости создается повышенное трение контактирующих поверхностей гребня колеса с рельсом, существенно повышающие усилия их взаимного перемещения, что приводит к повышенным затратам энергии локомотива на продвижение вагона. Поэтому значительно увеличиваются энергозатраты на движение состава вагонов в поезде и происходит интенсивный износ гребней колес и рельсов.
Известно соединение буксы с боковой рамой тележки грузового вагона (RU 2305644, B61F 5/30, 10.09.2007, Бюл. №25), принятое за прототип.
Соединение содержит опорный адаптер буксового подшипника и упругую прокладку, установленные в буксовом вырезе боковой рамы между опорными поверхностями буксового выреза и адаптера. Между опорной поверхностью буксового выреза и упругой прокладкой установлена верхняя металлическая пластина, зафиксированная вместе с упругой прокладкой. Боковые края верхней металлической пластины отогнуты под углом к вертикали и расположены с возможностью прилегания к боковым граням верхней опорной поверхности буксового выреза. Между опорной поверхностью адаптера и упругой прокладкой установлена упругая металлическая пластина, зафиксированная вместе с упругой прокладкой. Боковые края упругой металлической пластины отогнуты и расположены параллельно отогнутым боковым краям верхней металлической пластины, зафиксированной на опорной поверхности буксового выреза. На отогнутых боковых краях упругой металлической пластины установлены неупругие фрикционные элементы или упругие неметаллические элементы.
Недостатком известного соединения соединение буксы с боковой рамой тележки грузового вагона является низкая работоспособность, т.к. при нагрузке на ось колесной пары 25-27 т применяемые в этом узле упругие прокладки полностью деформируются и, после этого, не в состоянии амортизировать колебания боковой рамы тележки относительно адаптера и буксового подшипника колесной пары в вертикальной и горизонтальной плоскостях. При этом, все используемые упругие неметаллические материалы снижают свои упругие свойства при понижении температуры в холодное время года, что еще более ухудшает амортизационные свойства упругих прокладок. Примененные в известном техническом решении упругие металлические пластины имеют весьма малую толщину и не способны амортизировать перемещение боковой рамы относительно адаптера. Отсутствие достаточной амортизации приводит к жесткому взаимодействию между боковой рамой тележки взаимодействию боковой рамы с адаптером и буксовым подшипником и, следовательно, с осью колесной пары, а в горизонтальной плоскости приводит к жесткому взаимодействию гребней колес и боковой поверхности рельсов. Отсюда в вертикальной плоскости ударные взаимодействия колеса с рельсом передаются жестко на боковую раму тележки и ведут к ее разрушению, а в горизонтальной плоскости создается повышенное трение контактирующих поверхностей (гребней) колеса с рельсом, существенно повышающее усилия их взаимного перемещения, что приводит к повышенным затратам энергии локомотива на продвижение вагона. Поэтому увеличиваются энергозатраты на движение состава вагонов в поезде и происходит интенсивный износ гребней колес и рельсов, т.е. снижается работоспособность узла соединения буксы с боковой рамой тележки.
В настоящее время в современных тележках грузового вагона, предназначенных для вагонов повышенной грузоподъемности вместо букс колес колесных пар применяются буксовые подшипники и адаптеры, поэтому актуальным является соединение буксового подшипника и адаптера с боковой рамой тележки грузового вагона. Это соединение буксового подшипника и адаптера более технологичное, однако также как и в соединении буксы с боковой рамой тележки, колебания боковой рамы и колесной пары с большой силой воздействуют в плане на рельсы через взаимодействие гребней колес на боковые поверхности рельсов. При этом реализуются силы трения гребней колес и рельсов, которые препятствуют вращению колес и создают этим необходимость увеличения энергозатрат локомотива на продвижение вагонов. При этом возникающее повышенное трение приводит к износу гребней колес и боковых поверхностей рельсов, что ускоряет их преждевременный износ и выход из строя. Особенно большой износ гребней колес и рельсов происходит при использовании большегрузных вагонов с нагрузкой на ось 25-27 т. Эти недостатки возникают из-за низкой работоспособности существующего соединения буксового подшипника с боковой рамой тележки грузового вагона.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение работоспособности соединения буксового подшипника с боковой рамой тележки грузового вагона за счет снижения сил трения между боковой рамой тележки и буксовым подшипником, что приводит к уменьшению сил трения между гребнями колес тележки и рельсами.
Поставленная задача решается тем, что в соединении буксового подшипника с боковой рамой тележки грузового вагона, содержащем буксовый вырез боковой рамы, на опорной поверхности буксового выреза жестко закреплена металлическая пластина, упругие изогнутые металлические пластины с отгибами по концам, опорный адаптер, опертый на буксовый подшипник, жестко закрепленная к опорной поверхности буксового выреза металлическая пластина с нижней стороны имеет выпуклую сферическую поверхность, при этом верхняя поверхность опорного адаптера имеет вогнутую сферическую поверхность, между сферическими выпуклой поверхностью жестко закрепленной металлической пластины и вогнутой сферической поверхностью опорного адаптера размещен сферический сепаратор, содержащий несколько рядов концентрично расположенных стальных шариков, при этом на вертикальных поверхностях буксового выреза боковой рамы выполнены вертикальные пазы, в которые вставлены упругие изогнутые металлические пластины с отгибами по концам.
Диаметр всех стальных шариков в сепараторе выполнен одинаковым и превышает толщину сферического сепаратора.
Радиус выпуклой сферической поверхности металлической пластины меньше радиуса вогнутой сферической поверхности адаптера на диаметр шариков, установленных в сферическом сепараторе между ними.
Ширина вертикального паза на вертикальных поверхностях буксового выреза больше ширины упругой изогнутой металлической пластины с отгибами по концам, а глубина вертикального паза больше толщины упругой изогнутой металлической пластины с отгибами по концам.
Предлагаемое техническое решение графически представлено рисунками на фигурах 1, 2, 3, 4.
На фиг. 1 изображен внешний вид соединения буксового подшипника с боковой рамой тележки грузового
На фиг. 2 представлен вертикальный разрез упругой изогнутой металлической пластины в вертикальном пазу вертикальной поверхности буксового выреза боковой рамы.
На фиг. 3 представлен вертикальный разрез соединения буксового подшипника с боковой рамой тележки грузового вагона.
На фиг. 4 изображен горизонтальный разрез соединения буксового подшипника с боковой рамой тележки грузового вагона по сечению А-А фиг. 3.
На фигурах обозначены:
1 - колесо колесной пары;
2 - буксовый подшипник.
3 - адаптер опорный с вогнутой сферической верхней поверхностью;
4 - сепаратор сферический;
5 - стальные шарики в сепараторе;
6 - боковая рама;
7 - металлическая пластина;
8 - вертикальные пазы в вертикальных поверхностях буксового выреза;
9 - упругие изогнутые металлические пластины с отгибами по концам.
Соединение буксового подшипника с боковой рамой тележки грузового вагона содержит колесо 1 колесной пары, на оси которой установлен буксовый подшипник 2 с опорным адаптером 3, имеющим вогнутую сферическую верхнюю поверхность. На эту вогнутую сферическую поверхность установлен сферический сепаратор 4. Сферический сепаратор 4 выполнен, например, из стеклополиамида марок Армамид ПА СВ30-175-ТМ по ТУ 2291-037-12213331-03, применяемого в сепараторах буксовых подшипниках вагонов. В сферическом сепараторе 4 размещены стальные шарики 5, выполненные, например, из подшипниковой стали ШХ15 ГОСТ 801-78, закаленные до твердости не менее 56-62 НЯСэ. Сферический сепаратор 4 соединен жестко с вогнутой сферической поверхностью адаптера 3, например винтами по ГОСТ 1491-80, препятствующими смещению сферического сепаратора 4 относительно опорного адаптера 3 при работе. При этом диаметр всех стальных шариков 5 выполнен одинаковым и превышает толщину сферического сепаратора 4. Радиус выпуклой сферической поверхности металлической пластины 7, прикрепленной к опорной части буксового выреза, меньше радиуса вогнутой сферической поверхности адаптера 3 на диаметр стальных шариков 5, установленных в сферическом сепараторе 4 между ними. На стальные шарики 5 сферического сепаратора 4 оперта боковая рама 6 тележки грузового вагона через металлическую пластину 7, которая жестко прикреплена к опорной поверхности буксового выреза, а своей нижней выпуклой сферической поверхностью опирается на стальные шарики 5 сепаратора 4. В вертикальных поверхностях буксового выреза имеются вертикальные пазы 8, в которые вставлены упругие изогнутые металлические пластины 9 в виде изогнутых стальных полос, например по ГОСТ 103-76 из закаленной пружинной стали, например 60С2А ГОСТ 9389-75 толщиной 12-14 мм, причем ширина вертикального паза 8 больше ширины упругой изогнутой металлической пластины 9, а глубина вертикального паза 8 больше толщины упругой изогнутой металлической пластины 9. Пластины 9 имеют отгибы по концам, эти отгибы заведены за края вертикальных пазов 8 и удерживают пластины 9 в вертикальных пазах 8.
Упругие изогнутые металлические пластины 9 установлены изгибом в своей средней части в сторону буксового подшипника 2.
Предлагаемое соединение буксового подшипника 2 с боковой рамой 6 тележки грузового работает следующим образом. При колебаниях тележки в процессе движения вагона колесная пара с колесами 1 перемещается поперек рельсового пути, совершая при этом угловые колебания относительно оси рельсового пути, что приводит к значительным взаимным перемещениям буксового подшипника 2 и боковой рамы 6 в буксовом вырезе боковой рамы 6.
При этих взаимным перемещениях боковая рама 6 сферической поверхностью металлической пластины 7 перекатывается по шарикам 5 сферического сепаратора 4, что снижает силы трения между ними. Поэтому снижаются силы воздействия боковой рамы 6 на опорный адаптер 3 и на буксовый подшипник 2, следовательно, снижаются силы воздействия боковой рамы 6 на колесо 1 колесной пары. Отсюда уменьшаются силы воздействия гребня колеса 1 на рельсы и, соответственно, уменьшается трение между гребнем колеса 1 и рельсом, следовательно, уменьшается сопротивление качению колеса 1 по рельсу, т.е. повышается работоспособность соединения буксового подшипника с боковой рамой тележки грузового вагона. В колебательном движении боковой рамы 6 поперек рельсов она, прокатываясь на шариках 5 сферического сепаратора 4, несколько поднимается вверх переводя часть своей кинетической энергии в потенциальную энергию. При отклонении боковой рамы 6 в другую сторону эта энергия возвращает боковую раму 6 относительно буксового подшипника 2 в исходное положение. Переход энергии из кинетической в потенциальную и обратно снижает воздействие энергии колебаний боковой рамы 6 на буксовый подшипник 2, следовательно еще больше снижает воздействие колеса 1 на рельс, тем самым еще больше уменьшает трение между гребнем колеса 1 и рельсом. Вследствие этого снижаются затраты энергии на качение колеса 1 по рельсу, поэтому снижаются энергозатраты локомотива на движение вагона и, в целом, на движение состава вагонов. Таким образом еще больше повышается работоспособность соединения буксового подшипника 2 с боковой рамой 6 тележки грузового вагона. Особо большое значение предлагаемое техническое решение имеет для большегрузных вагонов с нагрузкой на ось 25-27 т и более.
При действии тяговых и тормозных сил тележки грузового вагона в продольном направлении усилие от боковой рамы 6 тележки передаются через упругие металлические изогнутые пластины 9 на буксовый подшипник 2 колеса 1 колесной пары и приводит к движению колесной пары по рельсам. На величину деформации упругой изогнутой пластины 9 боковая рама 6 смещается по шарикам 5 сферического сепаратора 4, что уменьшает воздействие боковой рамы 6 на адаптер 3 и подшипник 2 в случае перекосов колесной пары относительно рельсов при движении тележки грузового вагона. Отсюда существенно уменьшаются силы трения гребня колеса 1 и рельса. При уменьшении тяговых или тормозных сил упругие изогнутые пластины 9 возвращают колесную пару в исходное положение. Поскольку ширина вертикального паза 8 в вертикальных стенках буксового выреза больше ширины упругой изогнутой металлической пластины 9, а глубина вертикального паза 8 больше толщины упругой изогнутой металлической пластины 9, то имеется возможность этой упругой изогнутой металлической пластины 9 входить в вертикальный паз 8, без полного выпрямления пластины 9 для сохранения ее упругих свойств при длительной работе в эксплуатации. Отгибы по концам упругой изогнутой металлической пластины 9, заведенные за края вертикального паза 8, удерживают пластину 9 от выпадения из вертикального паза 8 при работе в эксплуатации.
При поворотах оси колесной пары относительно боковой рамы 6 в любом направлении в плане буксовый подшипник с адаптером и сферическим сепаратором будет с минимальным сопротивлением прокатываться по сферической выпуклой поверхности металлической пластины 7, прикрепленной опорной поверхности буксового выреза, снижая тем самым силы взаимодействия боковой рамы 6 и буксового подшипника 2. Следовательно, будут существенно снижаться силы взаимодействия гребня колеса 1 и рельса, т.е. снижаться их взаимное трение, что является следствием повышения работоспособности предлагаемого соединения буксового подшипника 2 с боковой рамой 6 тележки грузового вагона.
Таким образом, предлагаемая конструкция соединения буксового подшипника 2 и боковой рамы 6 тележки грузового вагона снижает сопротивление движению вагона при всех возможных видах их взаимного перемещения. Вследствие этого существенно снижаются энергетические затраты локомотива на движение грузовых тележек и, в целом, на движение грузовых вагонов по рельсам, что является следствием повышенной работоспособности предлагаемого соединения буксового подшипника 2 с боковой рамой 6 тележки грузового вагона.
Техническим результатом предложенной полезной модели является снижение энергозатрат локомотива на продвижение грузового вагона, что особенно важно для большегрузных вагонов с нагрузкой 25-27 т и более на ось. При этом предлагаемое соединение буксового подшипника 2 с боковой рамой 6 тележки грузового вагона снижает трение между гребнями колес 1 тележки и рельсами, что уменьшает их износы и продлевает срок службы.