ШАРНИРНОЕ СОЕДИНЕНИЕ СОЧЛЕНЕННОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
SWING JOINT OF ARTICULATED VEHICLE

Настоящее изобретение относится к шарнирному соединению сочлененного транспортного средства, состоящему из двух шарнирных сегментов, соединенных согласно преамбуле пункта формулы изобретения 1, по крайней мере, одним шарнирным блоком.
Из предшествующего уровня техники хорошо известно сочлененное транспортное средство, состоящее из многочисленных секций, которые могут быть соединены вместе. Секции сочлененного транспортного средства этого вида соединяются с помощью шарнирного соединения. Над шарнирным соединением обычно находится гибкое гофрированное соединение с переходным мостком для людей, перемещающихся из одной секции транспортного средства в другую.
Шарнирное соединение в этом случае включает сборку между двумя секциями транспортного средства. Как известно, сочлененные транспортные средства испытывают все виды движения. Таким образом, шарнирное соединение должно быть способно воспринимать раскачивание относительно поперечной и продольной осей и движения под углом. Под раскачиванием относительно продольной оси понимают перемещение, при котором две секции транспортного средства поворачиваются относительно друг друга вокруг продольной оси. Движение под углом происходит, когда сочлененное транспортное средство с двумя секциями транспортного средства двигается по кривой, а раскачивание относительно поперечной оси, напротив, происходит, когда сочлененное транспортное средство двигается по выбоинам и кочкам.
Известное шарнирное соединение, которое обеспечивает все указанные выше виды перемещений, а также виды комбинированного перемещения, включает так называемый шкворневой шарнир с двумя поворотными кольцами, вставленными одно в другое, при этом одно из этих колец, обычно внутреннее, предназначено для переднего вагона, в то время как второе кольцо, обычно внешнее, предназначено для заднего вагона. При этом внешнее кольцо опирается сверху на внутреннее кольцо, в результате чего оба кольца могут вращаться относительно друг друга вокруг вертикальной оси, что обеспечивает движение транспортного средства под углом, например по кривой.
Одна из двух секций транспортного средства соединена с амортизирующим резиновым шарниром, установленным под прямым углом к продольной оси транспортного средства, и способна воспринимать раскачивание относительно поперечной оси. Обычно это передний вагон, который подсоединен к шкворневому шарниру на упомянутом поворотном кольце с помощью металлорезиновых подшипников.
С двух сторон центральной продольной оси установлены два металлорезиновых подшипника; преимущества такой компоновки состоят в том, что шкворень каждого из них находится под прямым углом к продольной оси транспортного средства. Шкворень помещается в резиновый стакан, который, в свою очередь, помещается в кожух, при этом шкворень соединяется с поворотным кольцом, а стакан соединяется с секцией транспортного средства. Раскачивание относительно продольной оси компенсируют, с одной стороны, шасси транспортного средства и, с другой, металлорезиновые подшипники.
Кроме того, из заявки ЕР 1916181 известно сочлененное соединение, у которого два шарнирных сегмента связаны друг с другом с помощью подшипника. Таким образом, один шарнирный сегмент присоединяется к одной ходовой части, в то время как другой шарнирный сегмент присоединяется к другой ходовой части. В состав другого шарнирного сегмента входит так называемый шарнирный блок качения для компенсации раскачиваний относительно продольной и поперечной осей, который размещается в стакане. Для этого корпус шарнирного блока качения располагается вдоль линий шара, который находится в двух эластомерных амортизаторах. На каждом конце шарнирного блока качения выполнены гнезда под шпильки, с помощью которых шарнирный блок качения, и таким образом весь подшипник целиком, крепится к ходовой части. Этот совмещенный подшипник, воспринимающий нагрузки от раскачивания как относительно поперечной, так и продольной осей, как уже упоминалось выше, может благодаря упругому подшипнику шарнирного блока качения в стакане компенсировать раскачивание относительно как продольной, так и поперечной осей. Подобный проект известен из заявки ЕР 1916180. Два последних соединения могут быть изготовлены сравнительно недорого, и их можно применять, в частности, в транспортных средствах, осуществляющих повороты на относительно большие углы, например в автобусах. В то время как для железнодорожного подвижного состава требуются меньшие углы поворота.
В заявке DE20 2006 004 643 U1 описано шарнирное соединение, относящееся к этому семейству соединений. Известны два шарнирных сегмента шарнирного соединения сочлененного транспортного средства, которые соединены друг с другом с помощью шарнирного блока. В состав шарнирного блока входит полусфера, установленная на шкворне, при этом шкворень соединен с шарнирным сегментом. В другом шарнирном сегменте выполнено седло с вогнутой поверхностью, отвечающей полусфере, при этом полусфера садится в седло.
В настоящем изобретении предлагается шарнирное соединение, способное воспринимать все перемещения в процессе движения, например раскачивание относительно поперечной и продольной осей и движение под углом, а также сочетание всех упомянутых выше видов перемещения, к тому же настоящее шарнирное соединение можно изготовить по чрезвычайно низким ценам. В частности, конструкция должна быть проста и состоять только из нескольких компонентов.
Для достижения целей изобретения предложено шарнирное соединение сочлененного транспортного средства описанного выше типа снабжать вкладышем подшипника, имеющим, по крайней мере, один слой эластомера, расположенный между седлом и полусферой. Ясно, что в шарнирном соединении не используются вращательные компоненты в известном смысле, как это имеет место в образцах предшествующего уровня, и кроме того, движение под углом двух секций сочлененного транспортного средства осуществляется исключительно с помощью эластомера. Таким образом, предметом настоящего изобретения является сферический подшипник, в котором между полусферой, являющейся одной частью сферического подшипника, и седлом, являющимся другой частью сферического подшипника, расположено упругое промежуточное соединение, которое зажато между полусферой с одной стороны и седлом - с другой. Транспортные средства осуществляют не только движение под углом, но и раскачиваются относительно поперечной и продольной осей с возможностью поворота, и все это, как описано выше, воспринимается упомянутым слоем эластомера. Шарнирный блок по настоящему изобретению чрезвычайно экономичен с точки зрения издержек производства, и кроме того, его использование очевидно, и поэтому он подходит, в частности, для применения в сочлененных автобусах и в железнодорожном подвижном составе.
Преимущества и варианты осуществления настоящего изобретения описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.
В соответствии с предпочтительным примером осуществления настоящего изобретения с каждой стороны шарнирного блока установлена полусфера, между этими полусферами расположено седло с вогнутой поверхностью на каждой из двух сторон, и между полусферой и седлом вкладыша подшипника находится эластомер, расположенный, по крайней мере, в один слой, через который две полусферы соединяются шкворнем. В результате получаем абсолютно симметричный подшипник с относительно большим углом поворота, что обеспечивается наличием двух вкладышей подшипника с обеих сторон седла между двумя полусферами, что позволяет воспринимать раскачивание относительно продольной и поперечной осей на значительный угол.
Важно отметить, что радиус вогнутой поверхности седла отличается от радиуса выпуклой поверхности полусферы. Следует отметить, что радиус полусферы меньше радиуса седла. В результате толщина вкладыша подшипника между полусферой и седлом, состоящего, по крайней мере, из одного слоя эластомера, возрастает при приближении к внешнему краю. Такое решение создает преимущество, которое выражается в том, что позволяет поддерживать напряжение на постоянном уровне в слое по всей поверхности. Поскольку напряжение под нагрузкой естественно больше на внешних границах, чем на внутренних, то при увеличении объема слоя эластомера на внешних границах напряжение там уменьшается и выравнивается по всему слою эластомера.
В соответствии с предпочтительным примером осуществления настоящего изобретения эластомерный элемент включает, по крайней мере, два слоя эластомера с гнутой пластиной, расположенной между слоями, при этом радиус гнутой пластины больше радиуса полусферы, но меньше радиуса седла. Отсюда следует, что слой эластомера находится и выше, и ниже пластины, при этом нижний слой эластомера толще верхнего. В частности, по краям нижний слой эластомера толще верхнего. Таким образом, получаемое преимущество обеспечивается тем, что слой под пластиной толще слоя над пластиной. Слои эластомера не симметричны потому, что необходимо обеспечить равные напряжения в двух слоях эластомера по всей его площади. При установке двух или большего числа слоев эластомера и соответственно большего числа пластин увеличивается не только возможный угол поворота, но может быть увеличено и раскачивание относительно продольной и поперечной осей. Таким образом, слои эластомера образуют с пластинами неразъемное соединение, например, с помощью вулканизации.
В соответствии с предпочтительным примером осуществления настоящего изобретения для обеспечения больших углов поворота, не допуская при этом повреждения вкладыша подшипника, снабженного, по крайней мере, одним слоем эластомера, не нужно применять неразъемное соединение, например, с использованием вулканизации между полусферой и слоем эластомера, а вместо этого нужно допустить скольжение компонентов относительно друг друга. В зависимости от напряжения, воспринимаемого вкладышем подшипника через соединение между полусферой и седлом, может быть установлен момент трогания, который позволяет полусфере или седлу и вкладышу подшипника двигаться относительно друг друга с проскальзыванием. Таким образом предотвращается повреждение слоев эластомера вкладыша подшипника при больших углах поворота. Наличие скользящей поверхности между вкладышем подшипника с одной стороны, и полусферой и/или седлом с другой, которая изготавливается, например, из тефлона, что влияет на момент трогания, когда шарнирное соединение воспринимает нагрузки при движении по кривой, является явным преимуществом настоящего изобретения.
При относительном перемещении с проскальзыванием между полусферой и вкладышем подшипника и/или между седлом и вкладышем подшипника возникает опасность разрыва, приводящего к повреждению вкладыша подшипника в случае больших нагрузок хотя бы на один слой эластомера. В основном это имеет место тогда, когда вкладыш подшипника и полусфера и/или седло образуют неразъемное соединение, выполненное, например, с помощью вулканизации, когда угол поворота должен всегда оставаться в заданных пределах и поддерживаться вкладышем подшипника.
Как уже отмечалось, одна из проблем при использовании слоев эластомера для производства вкладышей подшипника шарнира состоит в том, что напряжения в отдельных слоях эластомера должны сохраняться на постоянном уровне. Это означает, что напряжения в соответствующих слоях эластомера должны быть одинаковыми во всех его точках. По этой причине и согласно другой особенности настоящего изобретения, по крайней мере, один слой эластомера выполнен вогнутым по ребру. Если во время движения сочлененного транспортного средства на слой или слои эластомера действует нагрузка, то всегда существует возможность того, что в зависимости от соответствующего типа нагрузки соответствующий слой эластомера будет нагружаться с одной стороны и разгружаться с другой, то есть нагрузка будет распределяться асимметрично. Нагружаемый слой эластомера под нагрузкой склонен к выпучиванию наружу. При вогнутом слое эластомера в момент отсутствия движения можно гарантировать, что даже под нагрузкой слой эластомера не будет выпучиваться наружу; выпучивание внешних поверхностей слоя эластомера может привести к разрыву по мере увеличения напряжений в зонах выпучивания. По тем же самым причинам то же самое применимо к вогнутому участку, по крайней мере, одного слоя эластомера со стороны поверхности шкворня.
Еще одна особенность настоящего изобретения состоит в том, что расстояние между полусферами может быть отрегулировано с помощью дистанционирующей муфты. Это упрощает сборку вкладышей подшипника, которые могут быть предварительно нагружены только до определенной степени.
Предусмотрено также, что от вкладыша подшипника до шкворня или дистанционирующей муфты выдержан радиальный зазор. Это должно гарантировать, что при осевых нагрузках, как имеет место при торможении и разгоне, вкладыш подшипника не касается муфты или шкворня. В этом случае предусмотрено также, что между седлом или дистанционирующей муфтой располагается радиальный зазор, чтобы, как уже объяснялось ранее, не допускать примыкания седла к дистанционирующей муфте или шкворню при торможении или разгоне. Таким образом, становится ясно, что седло, по определению, должно лежать свободно в корпусе шарнира. Зазор в этом случае рассчитывается таким образом, что, когда часть шарнирного блока входит в контакт со шкворнем или муфтой, то напряжение в слоях эластомера не приводит к их разрыву.
Кроме того, в соответствии с одной из особенностей настоящего изобретения шкворень выполнен в виде резьбового болта, при этом в одной из полусфер нарезана резьба под резьбовой болт.
С помощью прилагаемых ниже чертежей данное изобретение может быть объяснено более подробно.
На фигуре 1 изображен вид сбоку на шарнир по настоящему изобретению;
на фигуре 2 изображен вид сверху;
на фигуре 3 изображен разрез по линии III-III (см. фиг.2).
Согласно фигуре 1 первый шарнирный сегмент обозначен цифрой 1, а второй шарнирный сегмент обозначен цифрой 2. Первый шарнирный сегмент расположен между лапами 3 и 4 второго шарнирного сегмента 2. Первый шарнирный сегмент соединен со вторым шарнирным сегментом с помощью шарнирного блока, обозначенного цифрой 10. Шарнирный блок 10, образующий соединение между двумя шарнирными сегментами 1 и 2, будет описан ниже при рассмотрении фигуры 3.
Шарнирный блок 10 состоит из двух полусфер 11 и 12. Между этими двумя полусферами 11 и 12 расположено седло, обозначенное номером 15. Двум вогнутым поверхностям 15а и 15b седла 15 отвечают выпуклые поверхности 11a и 12а соответствующих полусфер 11, 12. Вкладыш подшипника, обозначенный номером 20, расположен между выпуклой поверхностью 11а полусферы 11 или выпуклой поверхностью 12а полусферы 12 соответственно и седлом 15. Во вкладыше подшипника 20 находится гнутая пластина 21, со стороны верхней и нижней поверхностей которой расположены слои эластомера 22, 23 соответственно. Два слоя эластомера соединены с пластиной 21 с помощью вулканизации. Слой эластомера 22 толще слоя эластомера 23.
Это объясняется тем, что благодаря конструкции шарнира величина нагрузок на нижний слой эластомера выше величины нагрузок на верхний слой. Слои эластомера выполнены разных размеров для того, чтобы поддерживать нагрузки на заданном уровне. Как слой эластомера 22, так и слой эластомера 23 со стороны ребра имеют вогнутый контур (стрелки 22а, 23а или 22b, 23b), и это гарантирует, что при сжатии вкладыша подшипника слои эластомера не будут демонстрировать выпучивание потому, что выпучивание слоев под нагрузкой скорее приведет к разрыву, чем в случае с вогнутым участком. Это относится как к внешним, так и к внутренним областям слоев.
Две полусферы 11, 12 скреплены вместе резьбовым болтом 30. В одной полусфере, а именно в полусфере 12, выполнена резьба 31 под резьбовой болт. Эти две полусферы соединены дистанционирующей муфтой 35. Дистанционирующая муфта 35 гарантирует, что при сборке вкладыша подшипника 20 со слоями эластомера 22, 23 полусферы не будут зажаты слишком сильно. Между вкладышем подшипника 20 и полусферой и/или седлом 15 может быть предусмотрена поверхность скольжения 25, выполненная, например, из тефлона. Поверхность скольжения позволяет телам скользить относительно друг друга, когда вращающий момент, возникающий между полусферой и седлом при повороте секций транспортного средства, больше момента трогания между полусферой/седлом и слоем (слоями) эластомера вкладыша подшипника, что предотвращает повреждение вкладыша подшипника 20, а именно слоя (слоев) эластомера в этом случае. Это означает, что поверхность скольжения гарантирует, что при чрезмерных нагрузках вкладыш подшипника не будет поврежден. В то же время дистанционирующая муфта также служит ограничителем для пластины 21, седла 15 и двух слоев эластомера 22, 23 с обеих сторон пластины 21. Пластина 21 имеет отогнутый буртик 21а, который служит для подвода вулканизирующего инструмента.
В отличие от вкладыша подшипника 20 и седла 15 полусферы 11, 12 упираются в дистанционирующую муфту 35. Между седлом 15 и муфтой выполнен зазор х, между пластиной 21 и дистанционирующей муфтой 35 также имеется зазор. Между слоями эластомера 22, 23 и дистанционирующей муфтой также имеется зазор. При торможении или разгоне транспортного средства вкладыш подшипника 20 упирается в седло 15, которое, в свою очередь, соединено с первым шарнирным сегментом, что компенсирует напряжение, возникающее в направлении стрелки 40. Описанные выше зазоры предусмотрены для предотвращения контакта между элементами вкладыша подшипника 20 и седла 15 и дистанционирующей муфтой 35. Размер зазора х подбирается таким образом, чтобы обеспечить опору слоев эластомера на муфту и не допустить рост напряжения, приводящий к образованию разрывов.
Перечень номеров позиций:
1 - первый шарнирный сегмент
2 - второй шарнирный сегмент
3 - лапа первого шарнирного сегмента
4 - лапа второго шарнирного сегмента
10 - шарнирный блок
11 - полусфера
11a - кривизна полусферы
12 - полусфера
12а - кривизна полусферы
15 - седло
15а - вогнутая кривизна
15b - выпуклая кривизна
20 - подшипник вкладыша
21 - пластина
22 - слой эластомера
22а - внешняя кривизна слоя эластомера
22b - внутренняя кривизна слоя эластомера
23 - слой эластомера
23а - внешняя кривизна слоя эластомера
23b - внутренняя кривизна слоя эластомера
25 - поверхность скольжения
30 - резьбовой болт
31 - резьба под резьбовой болт
35 - дистанционирующая муфта
40 - двойная стрелка