Трехосная тележка для скоростного грузового железнодорожного вагона (варианты)
THREE-AXLE BOGIE FOR HIGH-SPEED RAILWAY FREIGHT CAR (VERSIONS)

Изобретение относится к рельсовым транспортным средствам и касается конструкции трехосных тележек грузовых вагонов, используемых для скоростной перевозки грузов.
Известна трехосная тележка железнодорожного подвижного состава, состоящая из двух рам, имеющих боковины, соединенные поперечинами, причем боковины опираются через упругие элементы на буксы колесных пар. При этом обе рамы объединены Н-образной шкворневой балкой, на которой закреплены подпятник и скользуны (патент ФРГ №DT 2602841 А1, МПК B61F 3/10, опубл. 14.07.77 г.).
Недостатком конструкции трехосной тележки является ее сложность. При проведения ремонтных работ для разборки тележки необходимо разъединять крепления рам двухосной и одноосной тележек. Кроме того, отсутствует гибкая поперечная связь кузова вагона с тележкой, что делает невозможным по динамическим показателям и плавности хода движение грузового вагона со скоростями более 100-120 км/ч.
Известна конструкция трехосной тележки, принятая за прототип, содержащая раму, состоящую из двух боковин, соединенных поперечинами, при этом к боковинам в проемах между колесными парами шарнирно подвешены через маятниковые стержни поддоны, на которые через пружины второй ступени рессорного подвешивания опирается Н-образная шкворневая балка с закрепленными подпятником и скользунами («Тележки пассажирских вагонов. Этапы развития конструкции» Методическое указание для студентов специальности "Вагоны", МИИТ 2013 г., с. 29, Рис. 3.44).
Тележка обладает хорошими ходовыми качествами благодаря двухступенчатому рессорному подвешиванию, маятниковыми подвесками, демпфированию. Однако использование ее на грузовых вагонах из-за разности статических прогибов рессорного подвешивания при тара/брутто вагона будет превышать установленную в соответствии с ГОСТ 9246-2013 величину 55 мм. Превышение указанной величины будет приводить к расцепке вагонов, что отрицательно скажется на безопасности движения.
Техническим результатом изобретения является создание трехосной тележки, обеспечивающей хорошие динамические качества грузовому вагону при перевозке грузов с высокими скоростями движения, менее сложные техническое обслуживание и ремонт.
Технический результат достигается тем, что в трехосной тележке скоростного грузового вагона, содержащей раму, состоящую из двух боковин, соединенных поперечинами, опирающуюся через рессорное подвешивание на буксы колесных пар, причем к боковинам в проемах между колесными парами шарнирно подвешены через маятниковые подвески поддоны, на которые через упругие элементы опирается Н-образная шкворневая балка с закрепленными на ней упругозамкнутыми скользунами и подпятником, поддоны выполнены в виде поперечных балок, на концах каждой из них установлены кронштейны, напротив которых на боковинах рамы закреплены упругие поперечные упоры, состоящие из корпуса с размещенными в нем пружиной и штоком, при этом между каждым штоком и кронштейном осуществлен зазор Δ, величина которого составляет от 20 до 30 мм, а на вертикальных стенках поперечин со стороны средней колесной пары через упругие прокладки закреплены продольные упоры, взаимодействующие с соответствующими им шлифованными пластинами, установленными в ответных местах концевых частей Н-образной шкворневой балки, при этом опирание концевых частей Н-образной шкворневой балки на поперечные балки осуществляется через комплекты упругих элементов различной жесткости, установленные на поперечных балках и взаимодействующие с концевыми частями Н-образной шкворневой балки, причем упругие элементы высокой жесткости выполнены ниже упругих элементов низкой жесткости, с возможностью взаимодействия с концевыми частями Н-образной шкворневой балки после сжатия упругого элемента низкой жесткости на величину не менее 10 мм.
Также технический результат достигается тем, что в трехосной тележке скоростного грузового вагона, содержащей раму, состоящую из двух боковин, соединенных поперечинами, опирающуюся через рессорное подвешивание на буксы колесных пар, Н-образную шкворневую балку с закрепленными на ней упругозамкнутыми скользунами и подпятником, на вертикальных стенках поперечин со стороны средней колесной пары выполнены продольные кронштейны для опирания на них концевых частей боковин Н-образной шкворневой балки через комплекты упругих элементов различной жесткости, установленных на продольные кронштейны посредством опор с ножевыми шарнирами, оси которых ориентированы параллельно продольной оси тележки, а упругие элементы высокой жесткости выполнены ниже упругих элементов низкой жесткости, могут быть размещены внутри упругих элементов низкой жесткости с возможностью взаимодействия с концевыми частями Н-образной шкворневой балкой после сжатия упругих элементов низкой жесткости на величину не менее 10 мм, также на вертикальных стенках поперечин со стороны средней колесной пары установлены кронштейны с возможностью их взаимодействия с поперечными упорами, выполненными в виде корпуса с размещенными в нем пружиной и штоком и установленными внутри концевых частей боковин Н-образной шкворневой балки таким образом, что между каждым штоком, выступающим с внутренней стороны боковин Н-образной шкворневой балки, и кронштейном осуществлен зазор Δ, величина которого составляет от 20 до 30 мм, кроме того на вертикальных стенках поперечин со стороны средней колесной пары через упругие прокладки закреплены продольные упоры с возможностью взаимодействия с соответствующими им шлифованными пластинами, установленными в ответных местах на концевых частях Н-образной шкворневой балки.
Сущность изобретения поясняется чертежами:
- на фиг. 1 изображен вид тележки сбоку;
- на фиг. 2 изображен вид тележки сверху;
- на фиг. 3 изображено сечение тележки по А-А фиг. 1;
- на фиг. 4 изображено сечение тележки по Б-Б фиг. 2;
- на фиг. 5 изображен выносной элемент В фиг. 4;
- на фиг. 6 изображена тележка по первому варианту в аксонометрии с дисковыми тормозами;
- на фиг. 7 изображена тележка по второму варианту в аксонометрии с колодочными тормозами;
- на фиг. 8 изображено сечение по Г-Г фиг. 7
Трехосная тележка скоростного грузового вагона по первому варианту содержит раму, состоящую из двух боковин 1, соединенных поперечинами 2, опирающуюся через рессорное подвешивание 3 на буксы 4 колесных пар 5. К боковинам 1 в проемах между колесными парами 5 шарнирно подвешены через маятниковые подвески 6 поперечные балки 7 (фиг. 6), на которые через комплекты упругих элементов, состоящие из упругих элементов 9 высокой жесткости и упругих элементов 8 низкой жесткости опирается Н-образная шкворневая балка 10 с закрепленными на ней упругозамкнутыми скользунами 11 и подпятником 12. На концах каждой поперечной балки 7 (фиг. 3) установлены кронштейны 13, напротив которых на боковинах 1 рамы закреплены упругие поперечные упоры, состоящие из корпуса 14 с размещенными в нем пружиной 15 и штоком 16. Между каждым штоком 16 и кронштейном 13 осуществлен зазор Δ, величина которого составляет от 20 до 30 мм. На вертикальных стенках поперечин 2 со стороны средней колесной пары через упругие прокладки 17 закреплены продольные упоры 18, взаимодействующие с соответствующими им шлифованными пластинами 19, установленными в ответных местах на концевых частях Н-образной шкворневой балке 10. Опирание Н-образной шкворневой балки 10 на поперечные балки 7 осуществляется через комплекты упругих элементов различной жесткости, установленные на поперечных балках 7 с возможностью их взаимодействия с концевыми частями Н-образной шкворневой балки 10, причем упругие элементы 9 высокой жесткости выполнены ниже упругих элементов 8 низкой жесткости, могут быть размещены внутри упругих элементов 8 низкой жесткости с возможностью взаимодействия с концевыми частями Н-образной шкворневой балки 10 после сжатия упругих элементов 8 низкой жесткости на величину не менее 10 мм. Для демпфирования вертикальных колебаний вагонов используются гидравлические демпферы 20. Демпфирование относа кузова относительно тележки осуществляется гидравлическими демпферами 21 (фиг. 2). Виляние тележки демпфируется упругозамкнутыми скользунами 11, а также силами трения в подпятнике 12.
Для демпфирования вертикальных колебаний вагона вместо гидравлических демпферов 20 возможно использование фрикционных демпферов конструкции Ленуара.
В конструкции тележки может быть использовано тормозное оборудование с колодочными или с дисковыми тормозами.
Трехосная тележка скоростного грузового вагона по второму варианту содержит раму, состоящую из двух боковин 1, соединенных поперечинами 2, опирающуюся через рессорное подвешивание 3 на буксы 4 колесных пар 5. На вертикальных стенках поперечин 2 со стороны средней колесной пары выполнены продольные кронштейны 22 (фиг. 7) для опирания на них концевых частей боковин Н-образной шкворневой балки 10 посредством опор 23 с ножевыми шарнирами, причем оси ножевых шарниров ориентированы параллельно продольной оси тележки. Также на вертикальных стенках поперечин 2 со стороны средней колесной пары установлены кронштейны 13 с возможностью их взаимодействия с поперечными упорами, выполненными в виде корпуса 14 с размещенными в нем пружиной 15 и штоком 16 и установленными внутри концевых частей боковин Н-образной шкворневой балки 10 таким образом, что между каждым штоком 16, выступающим с внутренней стороны боковин Н-образной шкворневой балки 10, и кронштейном 13 осуществлен зазор Δ, величина которого составляет от 20 до 30 мм. На вертикальных стенках поперечин 2 со стороны средней колесной пары 10 через упругие прокладки 17 закреплены продольные упоры 18 взаимодействующие с соответствующими им шлифованными пластинами 19, установленными в ответных местах на концевых частях Н-образной шкворневой балки 10. Опирание Н-образной шкворневой балки 10 на продольные кронштейны 22 осуществляется через комплекты упругих элементов различной жесткости, установленные на продольные кронштейны 22 и взаимодействующие с концевыми частями Н-образной шкворневой балки 10, причем упругие элементы 9 высокой жесткости выполнены ниже упругих элементов 8 низкой жесткости, могут быть размещены внутри упругих элементов 8 низкой жесткости с возможностью взаимодействия с концевыми частями Н-образной шкворневой балки 10 после сжатия упругих элементов 8 низкой жесткости на величину не менее 10 мм.
Для демпфирования вертикальных колебаний вагонов используются гидравлические демпферы 20 (фиг. 7). Демпфирование относа кузова относительно тележки также осуществляется гидравлическими демпферами 21 (фиг. 2, на фиг. 7 - не показано). Виляние тележки демпфируется упругозамкнутыми скользунами 11, а также силами трения в подпятнике 12.
Для демпфирования вертикальных колебаний вагона вместо гидравлических демпферов 20 также возможно использование фрикционных демпферов конструкции Ленуара.
В конструкции тележки по второму варианту может быть использовано тормозное оборудование с колодочными или с дисковыми тормозами.
Работа трехосной тележки для скоростного грузового вагона по первому и второму варианту осуществляется следующим образом. При движении скоростного грузового вагона в порожнем состоянии колебания надрессорного строения амортизируют пружины рессорного подвешивания 3, имеющие благодаря билинейной жесткостной характеристике статический прогиб не менее 40 мм, а также вторая ступень рессорного подвешивания из комплектов упругих элементов различной жесткости со статическим прогибом не менее 10 мм. По первому варианту горизонтальные неровности пути компенсируются нелинейной поперечной гибкой связью благодаря маятниковым подвескам 6 и упругим поперечным упорам, состоящим из корпуса 14 с размещенными в нем пружиной 15 и штоком 16. По второму варианту горизонтальные неровности пути компенсируются нелинейной поперечной связью благодаря гибкости упругих элементов 8 и 9, установленных на опоры 23 с ножевыми шарнирами, равнозначными по гибкости маятниковым подвескам, и упругим поперечным упорам, состоящим из корпуса 14 с размещенными в нем пружиной 15 и штоком 16.
Демпфирование колебаний осуществляется гидродемпферами 20, 21, а также упругозамкнутыми скользунами 11 и подпятником 12. Продольные силы от сопротивления качению тележек или при торможении передаются от поперечин 2 рамы тележки на Н-образную шкворневую балку 10 через продольные упоры 18, а далее через подпятник 12 на кузов вагона.
При загрузке вагона статический прогиб рессорного подвешивания возрастает, но благодаря нелинейным жесткостным характеристикам в буксовой ступени и комплектам упругих элементов, установленных по первому варианту на поперечных балках 7, а по второму варианту - на продольных кронштейнах 22 и состоящих из упругих элементов 9 высокой жесткости и упругих элементов 8 низкой жесткости разность статического прогиба при тара/брутто вагона не превысит 55 мм в соответствии с требованиями [2].
Как показало компьютерное моделирование система нелинейного рессорного подвешивания с большим статическим прогибом для грузового вагона как в порожнем, так и нагруженном состояниях, гибкая поперечная связь тележек с кузовом, многофункциональное демпфирование колебаний обеспечивают грузовому вагону удовлетворительные ходовые качества при скоростях движения до 140 км/ч.
1. Нормы для расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных) М. 1996 г., с. 178-184.
2. ГОСТ 33211-2014 г. Вагоны грузовые. Требования к прочности и динамическим качествам.качествам.