ТРЁХОСНАЯ БЕСЧЕЛЮСТНАЯ ТЕЛЕЖКА ТЕПЛОВОЗА
THREE-AXLE NON-PEDESTAL DIESEL LOCOMOTIVE BOGIE

Предлагаемое изобретение относится к области рельсовых транспортных средств и может быть использовано в конструкциях тепловозов.
Известен тепловоз ТЭП60, описанный в книге «Конструкция и динамика тепловозов. Изд. 2-е. под ред. В.Н. Иванова. М.: Транспорт, 1974 г.», где представлены материалы по его конструктивному исполнению. Такой тепловоз (рис. 4 стр. 11) состоит из кузова с размещенными в нем силовой установкой и вспомогательным оборудованием, который установлен на две тележки, содержащие колесные пары с буксами, рессорное подвешивание и тяговые электродвигатели. Несмотря на эффективность использования, такой тепловоз обладает существенным недостатком, заключающимся в том, что при его движении в кривых пути из-за невозможности углового поворота крайних в тележках колесных пар относительно геометрического центра образующей дуги рельсового пути и копирования ее последними, происходит повышенный износ гребней колес, а в отдельных случаях возможен и сход тележки с рельс.
Известен также тепловоз 2ТЭ116, описанный в книге «Конструкция, расчет и проектирование локомотивов». Учебник для студентов втузов. А.А. Камаев и др. - М.: Машиностроение, 1981 г., где описана его конструкция и, в частности, на рис. 38 стр. 57 показана его тележка. Конструкция такой тележки аналогична вышеописанной и поэтому недостатки ее в целом подобны тележке тепловоза ТЭП60.
Поэтому целью предлагаемого изобретения является разработка такой конструкции тележки, которая позволила бы снизить подрез гребней колес при прохождении ими кривой рельсового пути и исключить виляние колесных пар при прямолинейном движении тепловоза.
Поставленная цель достигается тем, что на раме в поперечной ее плоскости, параллельно осям колесных пар крайних колесно-моторных блоков и в ее средней части, жестко закреплены шлицевые втулки и в них размещены шлицевые участки упругих стержней, установленных с возможностью угловых перемещений в опорах рамы тележки, причем последние снабжены вертикально расположенными рычагами с вилками, взаимодействующими с пальцами, жестко закрепленными на торцевых поверхностях букс колесных пар.
На чертежах фиг. 1 показан общий вид тележки тепловоза сбоку, а на фиг. 2 – ее же вид, но только с торца.
Трехосная бесчелюстная тележка тепловоза состоит из рамы 1, на которой с помощью опорно-возвращающих устройств 2 установлен кузов тепловоза 3. На раме 2 жестко закреплены опоры 4 и в средней части тележки также жестко установлены шлицевые втулки 5, взаимосвязанные со шлицами 6, выполненными на внешней поверхности упругих стержней 7, которые своими концами подвижно расположены в опорах 4. К упругим стержням 7 жестко присоединены рычаги 8, снабженные вилками 9, охватывающими пальцы 10, жестко закрепленные на буксах 11 колесных пар 12. Колесные пары 12 расположены подвижно в тяговых электродвигателях 13, навешенных своими опорами 14 на кронштейны 15, установленные на раме 1. Буксы 11 с помощью цилиндрических винтовых пружин сжатия 16 связаны с рамой 1. Колесные пары 12 перемещаются по рельсовому пути 17.
Работает трехосная бесчелюстная тележка тепловоза следующим образом. При прямолинейном поступательном движении тепловоза, например по стрелке А (фиг. 1), все детали его тележки находятся в таком положении, как это показано на фиг. 1 и фиг. 2. Известно (см. книгу аналога), что при поступательном прямолинейном движении бесчелюстных тележек тепловозов их колесные пары подвержены вилянию за счет отсутствия фиксации последних относительно рамы тележки, несмотря на то, что буксы имеют связь с рамой тележки при помощи поводков. Однако в нашем случае виляние колесных пар не происходит за счет связи букс 11 через пальцы 10, охватываемых вилками 9 рычагов 8, жестко закрепленных на упругих стержнях 7, которые своими шлицами 6 связаны через подобные имеющиеся в шлицевых втулках 5, зафиксированных относительно рамы 1, тележки. Жесткость упругих стержней в нашем случае такова, что угловой поворот упругих стержней 7 под действием бокового усилия, вызываемого набеганием гребня колес на рельс, не происходит. Это подтверждается тем, что боковое усилие, возникающее в зоне головки рельса и гребнем колеса, при вилянии колесных пар современных локомотивов, снабженных бесчелюстными тележками, не превышает 1,2 тонны. Рассмотрим теперь другой случай, когда тепловоз войдет в кривую пути и когда усилие на набегающих гребнях колес колесных пар в практике составляет в среднем от 5,0 до 6,0 тонн. В этом случае под действием такого усилия Р (тепловоз также движется по стрелке А в кривой пути см. фиг. 1 и фиг. 2, которая имеет направление в право по стрелке В) и податливость в этом направлении цилиндрических винтовых пружин сжатия 16, например палец 10, крайней слева (фиг. 1), колесной пары 12, также получит перемещение по стрелке В, а так как он шарнирно связан с вилкой 9 рычага 10, который соединен с упругим стержнем 7, то последний будет подвержен угловой упругой деформации на некоторый угол, определяемый по формуле:
где,  - рабочая длина упругого стержня;
[τ] - допускаемые касательные напряжения;
G - модуль упругости второго рода;
d - диаметр упругого стержня.
Причем линейное перемещение пальца 10 совместно с колесной парой 12 и ее тяговым электродвигателем 13 в этом случае также может быть определено по зависимости:
где,  - длина рычага 8 (см. фиг. 2).
Следует отметить, что диаметр упругого стержня 7 должен быть выбран таким, чтобы его упругая деформация при боковой нагрузке Р была чуть меньше чем 5,0-6,0 тонн и, например, около 4,0 тонн, но не менее. Если уменьшить диаметр упругих стержней 7, например, до случая, когда боковое усилие будет равно порядка 1,2 тонны, то при прямолинейном движении тепловоза начнут проявляться колебания виляния колесных пар 12 и поэтому при использовании данного технического решения необходимо назначить рациональное численное значение упругих стержней 7, используя известную зависимость:
Работа трехосной бесчелюстной тележки тепловоза при входе в кривую пути противоположного направления тому, как это описано выше, будет происходить аналогичным образом.
Технико-экономическое преимущество предложенного технического решения в сравнении с известными очевидно, так как оно позволяет снизить износ гребней колес при прохождении тепловозом не только прямых участков пути, но и кривых.