Четырехосная тележка с нелинейным рессорным комплектом

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта, а именно, к конструкции четырехосных тележек.
Известна четырехосная тележка модели 18-101 (альбом-справочник «Вагоны грузовые железных дорог колеи 1520 мм», ПКБ ЦВ, 002И–2010), принятая в качестве прототипа, содержащая две двухосные тележки модели 18-100, связанные между собой соединительной балкой, состоящей из двух штампованных элементов верхнего и нижнего листа, четырех опор крайних скользунов, двух крайних пятников и одного центрального подпятника, который приваривается к верхнему листу балки, а крайние пятники — к нижнему, по бокам средней части балки приварены центральные скользуны, которые являются дополнительными опорами кузова при вписывании вагона в кривые участки пути или при проходе стрелочных переводов.
Недостатком известной конструкции четырехосной тележки является неудовлетворительные динамические качества, выраженные, в частности в возможности возникновения обезгрузки колес вследствие малого прогиба рессорных комплектов под весом тары вагона.
Рессорный комплект двухосных тележек, входящих в состав четырехосной тележки, состоит из пружин одинаковой высоты, это отрицательно влияет на устойчивость вагона, в переходных кривых возможно возникновение обезгрузки колес, создавая, таким образом, угрозу схода вагона с рельсов. Статический прогиб пружин в конструкции центрального рессорного подвешивания в порожнем режиме недостаточен для обеспечения удовлетворительных динамических характеристик вагона.
Известно, что ходовые качества вагонов определяются средним коэффициентом вертикальной динамики  («Нормы расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм», ГосНИИВ-ВНИИЖТ, Москва, 1996), который в свою очередь зависит от статического прогиба рессорных комплектов
,
где а – коэффициент, равный для элементов кузова – 0,05, для обрессоренных частей тележки – 0,10, для необрессоренных частей тележки – 0,15;
b=0,75 – коэффициент, учитывающий влияние числа осей в четырехосной тележке;
V – расчетная скорость движения, м/с;
– статический прогиб рессорного подвешивания, м.
Для груженого вагона статический прогиб рессорного комплекта тележки 18-101 составляет 50 мм, а для порожнего только 10 мм, в связи с этим средний коэффициент вертикальной динамики  для груженого вагона составляет 0,14, а для порожнего – 0,37, средний коэффициент вертикальной динамики  для груженого вагона в 2,6 раза больше порожнего, следовательно динамические качества на порожнем режиме оказываются хуже, чем на груженом, и из-за малого статического прогиба рессорных комплектов на порожнем режиме возникает возможность обезгрузки колесных пар и схода вагонов с рельс.
Решаемой технической проблемой являются неудовлетворительные динамические качества вагонов четырехосных тележек в порожнем режиме, выраженные, в частности в возможности возникновения обезгрузки колес вследствие малого прогиба рессорных комплектов под весом тары вагона, в результате чего возникает риск схода вагона с рельс.
Технический результат заключается в улучшении ходовых качеств вагонов на четырехосных тележках в порожнем режиме.
Указанный технический результат достигается увеличением статического прогиба рессорных комплектов на порожнем режиме за счет применения нелинейного рессорного подвешивания, состоящего из пружин разной высоты.
Внутренняя пружина исполняется выше, чем наружная, поэтому в порожнем режиме надрессорная балка опирается только на внутренние пружины, и жесткость рессорного комплекта равна суммарной жесткости только внутренних пружин, а на груженом режиме опирание происходит на все пружины и жесткость рессорного подвешивания равна жесткости всех пружин.
1
2
Отличием предлагаемого технического решения является выбор разницы высот наружной и внутренней пружин. Если при колебаниях порожнего вагона относительно положения равновесия будут происходить опирание надрессорной балки на наружные пружины, то возникнут дополнительные ускорения ухудшающие ходовые качества. Для предотвращения этого, разность высот пружин выбирается такой, чтобы с вероятностью 0,97 максимальное перемещение рессорного комплекта не превысило разность высот пружин. Кроме того, высоты внутренних пружин, согласно ГОСТ 1452-2011, могут иметь отличия в прогибе под расчетной нагрузкой на величину Δ=0,015 (h-), а наружные могут отличаться по высоте на величину Δ=0,01h. Это приводит к условию выбора разности высот наружной и внутренней пружин в свободном состоянии:
1
2
Ɛ=Δ+Δ+,
где  – статический прогиб рессорного подвешивания в порожнем состоянии;
– максимальный прогиб пружин при колебаниях вагона;
1
Δ – разница в прогибе внутренних пружин;
2
Δ – разница в прогибе наружных пружин.
Величина коэффициента динамики согласно формуле «Нормы расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм» определяется по формуле:
,
где β – параметр распределения, для грузовых вагонов β=1,13;
– расчетная вероятность.
Исходя из расчетов при статическом прогибе под тарой 10-30 мм, оптимальная разность высот наружных и внутренних пружин составляет не менее 5 и не более 51 мм.
Таким образом, достигается технический результат, заключающийся в улучшении ходовых качеств вагонов на четырехосных тележках в порожнем режиме.
Предлагаемая полезная модель поясняется графическим материалом. На фиг. 1 показано соотношение вертикальной силовой характеристики линейного и нелинейного рессорных комплектов, на фиг. 2 показан общий вид четырехосной тележки, на фиг. 3 показана разность высот наружной и внутренней пружин рессорного комплекта.
1
2
Четырехосная тележка с нелинейным рессорным комплектом (фиг. 2) содержит тормозную рычажную передачу 1, соединительную балку 2, включающую центральный подпятник 3, центральные скользуны 4, две двухосные тележки 5, каждая из которых содержит надрессорную балку 6, две боковые рамы 7, две колесные пары 8, буксы 9, рессорное подвешивание 10, расположенное с каждой стороны тележки 5, состоящее из комплекта двухрядных витых пружин, включающее внутренние пружины 11 (фиг. 3) и наружные пружины 12, высота наружных пружин 12 ниже внутренних 11, при этом разность высот наружной пружины 12 и внутренней пружины 11 равна сумме прогибов  внутренних пружин 11 под весом минимальной тары вагона, максимальных прогибов пружин при колебаниях вагона  и величин допусков на отклонения при статическом прогибе Δ внутренних пружин 11 и отклонения в высоте Δ наружных пружин 12.