ОПОРНЫЙ СКОЛЬЗУН
SUPPORT SLIDER

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к скользунам тележек грузовых вагонов.
Известен опорный скользун [1, Патент RU 2416540 C2, МПК B61F 5/14, F16F 3/06, конвенционный приоритет 21.05.2008 US 12/154, 103, опубликован 20.04.2011], содержащий между корпусом и подвижной крышкой демпфер, выполненный в виде наружной витой металлической пружины и внутренней витой металлической пружины, в которой расположена эластомерная втулка без отверстия из термопластичного полимерного материала.
Однако недостатком известного аналога является сложность его конструкции из-за наличия витых металлических пружин, а также недостаточная его надежность при интенсивных нагрузках из-за возможных поломок витых металлических пружин, особенно при повышении их охрупчания при низких температурах, а также из-за неспособности таких пружин гасить вводимую энергию. Кроме того, изготовление витых металлических пружин является сложным и дорогостоящим процессом. Кроме того, при интенсивных и продолжительных нагрузках возникает перегрев эластомерной пружины, что ухудшает ее свойства или даже приводит к расплавлению.
Более простой по конструкции и надежнее в эксплуатации, принятый за прототип изобретения, опорный скользун [2, Патент RU 2351495 С2, МПК B61F 5/14, конвенционный приоритет 07.11.2002, US 10/289, 951, опубликован 10.04.2009], содержащий между корпусом и подвижной крышкой демпфер, выполненный в виде эластомерной втулки с отверстием из термопластичного полимера.
При этом демпфер расположен между корпусом и подвижной крышкой через вставленные снизу и сверху в его отверстие направляющие, между торцами которых образован зазор для ограничения хода подвижной крышки.
Несмотря на такое ограничение хода крышки, он достаточен для выполнения рабочих функций опорного скользуна. Однако его недостатком является то, что при возможном превышении рабочего хода, вызванного кривизной железнодорожного пути, центробежной силой или сильным боковым ветром, что увеличивает крен и виляние тележки с установленным на ней кузовом вагона, эластомерная втулка опорного скользуна не способна воспринимать еще большее сжатие, так как в его конструкции предусмотрены направляющие, которые для предотвращения передеформации эластомерного демпфера смыкаются с жестким ударом. При неоднократных ударах возможно сминание и поломка направляющих и даже корпуса с подвижной крышкой, когда они смыкаются между собой. В этом случае жесткий удар переносится на опорную площадку на надрессорной балке железнодорожного вагона, где опорные скользуны такого типа установлены, вызывая ее постепенное разрушение. Поэтому необходимо производить замену поврежденных элементов опорных скользунов.
Задачей изобретения является получение технического результата по разработке опорного скользуна с таким демпфером, который был бы способен работать при увеличенных ходах подвижной крышки, воспринимающей значительные нагрузки, без смыкания подвижной крышки и корпуса скользуна и их разрушения, что позволит повысить надежность опорного скользуна
Поставленная задача решается тем, что опорный скользун, содержащий между своими корпусом и подвижной крышкой демпфер, расположенный на днище корпуса и выполненный в виде эластомерной втулки из термопластичного полимера с отверстием, в которое вставлена как минимум снабженная опорной площадкой одна направляющая, торец которой, расположенный также в отверстии эластомерной втулки, выполнен с возможностью ограничения хода подвижной крышки, имеет отличительные признаки: демпфер дополнительно содержит контактирующий с направляющей как минимум один эластомерный диск с выпуклой поверхностью в его как минимум одном торце.
Введение в конструкцию как минимум одного эластомерного диска позволит повысить надежность работы опорного скользуна за счет перераспределения ударной нагрузки с эластомерной втулки на этот диск.
Контактирование эластомерного диска с направляющей позволит разграничить два элемента демпфера жесткой опорой для обеспечения очередности их деформации при возникающих нагрузках, что обеспечит увеличение рабочего хода подвижной крышки.
Выполнение выпуклой поверхности в как минимум одном торце эластомерного диска позволит еще больше увеличить рабочий ход подвижной крышки и создать демпфер, который способен работать при многократных ходах подвижной крышки, воспринимающей значительные нагрузки, без смыкания ее и корпуса опорного скользуна, т.е. предотвратить их разрушение в процессе эксплуатации.
Дополнительные отличительные признаки изобретения:
- отверстием эластомерной втулки образована ее стенка, толщина которой не более половины ширины ее отверстия;
- внешняя поверхность эластомерной втулки выполнена криволинейной;
- внешняя криволинейная поверхность эластомерной втулки выполнена бочкообразной формы;
- выпуклая поверхность эластомерного диска образована или сплошным цилиндрическим буртиком, или параллельно расположенными удлиненными призмами, или массивом рядов укороченных призм, или концентрично расположенными кольцами, или расположенными по окружности и в ее центре укороченными цилиндрами;
- на эластомерной втулке расположена подвижная крышка, причем опорная площадка направляющей расположена на выпуклой поверхности одного торца эластомерного диска, выпуклая поверхность другого торца которого расположена на промежуточной пластине, которая расположена на выпуклой поверхности одного торца другого эластомерного диска, выпуклая поверхность другого торца которого расположена на днище корпуса;
- эластомерная втулка расположена на днище корпуса, причем на опорной площадке направляющей расположена выпуклая поверхность одного торца эластомерного диска, на выпуклой поверхности другого торца которого расположена промежуточная пластина, на которой расположена выпуклая поверхность одного торца другого эластомерного диска, на выпуклой поверхности другого торца которого расположена подвижная крышка;
- подвижная крышка расположена на выпуклой поверхности одного торца эластомерного диска, выпуклая поверхность другого торца которого расположена на промежуточной пластине, которая расположена на эластомерной втулке, и опорная площадка направляющей расположена на выпуклой поверхности одного торца другого эластомерного диска, выпуклая поверхность другого торца которого расположена на днище корпуса;
- подвижная крышка расположена на выпуклой поверхности одного торца эластомерного диска, выпуклая поверхность другого торца которого расположена на опорной площадке направляющей, при этом в отверстие эластомерной втулки вставлена другая направляющая, опорная площадка которой расположена на выпуклой поверхности одного торца другого эластомерного диска, выпуклая поверхность другого торца которого расположена на днище корпуса.
Сущность изобретения поясняется иллюстрациями, где на фиг. 1-3, 4-6, 7-9, 10-12 показаны начальное, промежуточное и конечное положения опорного скользуна соответственно для трех вариантов его исполнения; на фиг. 13 показан иной вариант расположения корпуса и подвижной крышки опорного скользуна, чем вариант согласно фиг. 1, 4, 7, 10; на фиг. 14-18 показаны варианты выполнения выпуклой поверхности эластомерного диска опорного скользуна; на фиг. 19 показана схема установки готового изделия опорного скользуна в тележке железнодорожного вагона; на фиг. 20 - вид А сверху по фиг. 19; на фиг. 21 - то же, что и на фиг. 19, но при совершении поворота тележки железнодорожного вагона; на фиг. 22 - вид Б сверху по фиг. 21.
Опорный скользун (фиг. 1-12) содержит корпус 1 и охватывающую его подвижную крышку 2 или же расположенную в нем (фиг. 13). Между днищем 3 корпуса 1 и днищем 4 подвижной крышки 2 расположен демпфер 5.
Подвижная крышка 2 выполнена в виде перевернутого стакана, внешняя поверхность днища 4 которого снабжена фрикционной накладкой 6, по которой может скользить пластина 37 (фиг. 19-21). Боковина 7 подвижной крышки 2 снабжена полимерной вставкой 8, контактирующей с боковиной 9 корпуса 1, который снабжен площадками 10 с крепежными отверстиями 11 для соединения (не показано) опорного скользуна с корпусом надрессорной балки вагонной тележки (не показаны).
Демпфер 5 выполнен в виде пакета деталей, в который входит эластомерная втулка 12 из термопластичного полимера с отверстием 13, которым образованы ее стенка 14, толщина которой не более половины ширины ее отверстия 13, в которое вставлена снабженная опорной площадкой 15 направляющая 16, торец 17 которой, расположенный также в отверстии 13 эластомерной втулки 12, предназначен для ограничения рабочего хода L (фиг. 1, 4, 7, 10) подвижной крышки 2.
Внешняя поверхность эластомерной втулки 12 может быть выполнена криволинейной, например торообразной, сферической или, как показано, бочкообразной формы и др.
Демпфер 5 также содержит, контактирующий с направляющей 16 эластомерный диск 18 с выпуклой поверхностью 19 в одном из его торцов или в двух (как показано). Такие выпуклые поверхности 19 необходимы для придания подвижной крышке 2 дополнительного хода H (фиг. 2, 3, 5, 6, 8, 9, 11, 12) после прохождения ею своего рабочего хода L (фиг. 1, 4, 7, 10).
Выпуклая поверхность 19 эластомерного диска 18 может быть образована или сплошным цилиндрическим буртиком 20 (фиг. 14), или параллельно расположенными удлиненными призмами 21 (фиг. 15), или концентрично расположенными кольцами 22 (фиг. 16), или массивом рядов укороченных призм 23 (фиг. 17), или расположенными по окружности и в ее центре укороченными цилиндрами 24 (фиг. 18).
В варианте выполнения скользуна (фиг. 1-3) подвижная крышка 4 может быть расположена на эластомерной втулке 12. Причем опорная площадка 15 направляющей 16 расположена на выпуклой поверхности 19 одного торца эластомерного диска 18, выпуклая поверхность 19 другого торца которого расположена на промежуточной пластине 25, которая расположена на выпуклой поверхности 19 одного торца другого эластомерного диска 26, выпуклая поверхность 19 другого торца которого расположена на днище 3 корпуса 1.
В варианте выполнения скользуна (фиг. 4-6) эластомерная втулка 12 расположена на днище 3 корпуса 1, причем на опорной площадке 15 направляющей 16 расположена выпуклая поверхность 19 одного торца эластомерного диска 18, на выпуклой поверхности 19 другого торца которого расположена промежуточная пластина 25, на которой расположена выпуклая поверхность 19 одного торца другого эластомерного диска 26, на выпуклой поверхности 19 другого торца которого расположена подвижная крышка 2.
В варианте выполнения скользуна (фиг. 7-9) подвижная крышка 2 расположена на выпуклой поверхности 19 одного торца эластомерного диска 18, выпуклая поверхность 19 другого торца которого расположена на промежуточной пластине 25, которая расположена на эластомерной втулке 12, и опорная площадка 15 направляющей 16 расположена на выпуклой поверхности 19 одного торца другого эластомерного диска 26, выпуклая поверхность другого торца которого расположена на днище 3 корпуса 1.
В варианте выполнения скользуна (фиг. 10-11) подвижная крышка 2 расположена на выпуклой поверхности 19 одного торца эластомерного диска 18, выпуклая поверхность 19 другого торца которого расположена на опорной площадке 15 направляющей 16. При этом в отверстие 13 эластомерной втулки 12 вставлена другая направляющая 27, опорная площадка 28 которой расположена на выпуклой поверхности 19 одного торца другого эластомерного диска 26, выпуклая поверхность 19 другого торца которого расположена на днище 3 корпуса 1.
Диапазон рабочего хода L устанавливается для определенного типа вагона расстоянием от внутреннего дна 4 подвижной крышки 3 (фиг. 1) или дна 6 корпуса 5, фиг. 1-12) до верхнего (фиг. 1) или нижнего (фиг. 1-12) торца 17 металлического ограничителя 2. Для определенного рабочего хода L проектируются эластомерная втулка 12 с требуемой силовой характеристикой, имеющей конечное усилие около 50 кН.
Возможен также вариант взаимного расположения корпуса 1 и подвижной крышки 2 готового изделия опорного скользуна 29, отличного от вариантов, показанных на фиг. 1-12, в которых подвижная крышка 2 охватывает корпус 1. Подвижная крышка 2 может быть расположена внутри корпуса 1 на его полимерной вставке 8 (фиг. 13).
Собранная конструкция из описанных выше элементов с различными вариантами исполнения представляет собой готовое изделие опорного скользуна 29.
Такие изделия устанавливают (фиг. 19, 20) на надрессорной балке 30 тележки 31, состоящей в общем из колесных пар с полуконическими колесами 32, расположенными на рельсах 33, и рессорных узлов 34. Готовые изделия опорного скользуна 29 предназначены для контроля виляния корпуса 35 железнодорожного вагона при его повороте (фиг. 21, 22). Корпус 35 железнодорожного вагона через подпятники 36 установлен на надрессорной балке 30 тележки 31 и через пластины 37 на готовых изделиях опорного скользуна 29.
Когда полуконические колеса 32 тележки 31 железнодорожного вагона движутся по железнодорожному пути, создается поворот оси тележки 31 железнодорожного вагона в горизонтальной плоскости (фиг. 22). Когда тележка 31 совершает поворот в горизонтальной плоскости, тогда часть одного из готовых изделий опорного скользуна 29 должна скользить вдоль обратной стороны компенсирующей износ пластины 37 на расстояние а, сболченной с брусом (непоказан) корпуса 35 железнодорожного вагона, опирающегося на подпятник 36. Результирующее трение создает противоположный вращающий момент, который препятствует указанному повороту в горизонтальной плоскости.
Другой задачей готовых изделий опорного скользуна 29 тележки 31 железнодорожного вагона является контроль или ограничение движения крена его корпуса 35, возникающего в результате раскачиваний во время движения и действия внешних сил. Опираясь на подпятники 36, корпус 35 железнодорожного вагона постоянно раскачивается из стороны в сторону, сжимая и расслабляя готовые изделия опорного скользуна 29. В показанном на фиг. 21 крене корпуса 35 железнодорожного вагона соответствующее готовое изделие опорного скользуна 29 оказывает при сжатии на ход b противодействующее усилие, не позволяющее боковому крену корпуса 35 железнодорожного вагона достичь критического значения, при котором возможно его опрокидывание.
В то время как тележка 31 совершает различные движения, фрикционная накладка 6 (фиг. 1-12) подвижной крышки 2 каждого готового изделия 29 опорного скользуна (фиг. 21) взаимодействует с пластиной 37 корпуса 35 железнодорожного вагона, упираясь в нее и/или совершая скользящие движения по его нижней поверхности. При этом своим днищем 4 (фиг. 2, 5, 8, 11) подвижная крышка 2 оказывает давление на эластомерную втулку 12, или непосредственно на нее (фиг. 1-12), или через связку последовательно расположенных в опорном скользуне элементов 26, 25, 18, 15 (фиг. 5), или через аналогичную связку элементов 18, 25 (фиг. 8), или через аналогичную связку элементов 18, 15 (фиг. 11). За счет этого гасится часть нагрузки, передаваемой от пластин 37 (фиг. 21, 22) на готовые изделия опорных скользунов 29 в диапазоне рабочего хода L (фиг. 1, 4, 7, 10) их подвижной крышки 2. При этом в силу специфики материала эластомерной втулки 12 опорный скользун способен работать при значительных рабочих ходах L до 20 мм и более, при воспринимаемой нагрузке в пределах 50 кН в зависимости от типа железнодорожного вагона. При этом сохраняется возможность для подвижной крышки 2 совершить дополнительный ход Н.
При повышенных нагрузках и превышении предварительно установленного рабочего хода L подвижной крышки 2, когда смыкаются или днище 4 подвижной крышки 2 с торцом 17 направляющей 16 (фиг. 2), или торец 17 направляющей 16 с днищем 3 корпуса 1 (фиг. 5), или промежуточная пластина 25 с торцом 17 направляющей 16 (фиг. 8), или торцы 17 направляющих 16 и 27 (фиг. 11), то деформируются эластомерные диски 18 и 26 опорного скользуна 9 (фиг. 3, 6, 9, 12) и в них полностью погружаются выпуклые поверхности 19 (фиг. 13-17). В результате увеличиваются площади контакта эластомерных дисков 18 и 26 с соответствующими элементами опорного скользуна. Благодаря этому нагрузка, приходящая на опорный скользун, становится более рассредоточенной. В результате снижается давление на него со стороны корпуса 35 (фиг. 19-22) железнодорожного вагона. Опорный скользун способен работать с дополнительным ходом H (фиг. 2, 3, 5, 6, 8, 9, 11, 12), равным порядка 20 мм, выдерживая нагрузку до 600 кН. Причем при таких характеристиках не происходит смыкания корпуса 1 и подвижной крышки 2 скользуна, а следовательно, исключено их разрушение.
Нештатные ситуации, когда чрезмерное усилие в существующих конструкциях [1 и 2] приводит к смыканию корпуса 1 с подвижной крышкой 2 и их расплющиванию (разрушению), в данном изобретении не способны причинить вред всем другим деталям внутри опорного скользуна и его ремонт будет заключаться в замене только подвижной крышки 2 и корпуса 1.
Конструкция всех деталей опорного скользуна предельно проста. Использован малый объем материалов для эластомерной втулки 12 и эластомерных дисков 18 и 26. Изготовление металлических элементов 1, 2, 15 и 16 достигается простыми операциями. Комплектующие, выполненные по изобретению, могут быть установлены в корпусы скользунов уже существующих моделей, например, для замены металлических пружин.
Источники информации
1. Патент RU 2416540 С2, МПК B61F 5/14, F16F 3/06, конвенционный приоритет 21.05.2008 US 12/154, 103, опубликован 20.04.2011.
2. Патент RU 2351495 С2, МПК B61F 5/14, конвенционный приоритет 07.11.2002, US 10/289, 951, опубликован 10.04.2009 /прототип/.