УПРУГО-КАТКОВЫЙ СКОЛЬЗУН ДЛЯ ТЕЛЕЖЕК ГРУЗОВЫХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ВАГОНОВ

Полезная модель относится к конструкции составных упруго-катковых скользунов со штампованными корпусами, которые предназначены для оснащения тележек грузовых железнодорожных вагонов и платформ.
Здесь и далее:
термин «грузовой железнодорожный вагон обозначает любой экипаж, который оснащён тележками с надрессорными балками, предназначен для перевозки по железным дорогам произвольных твёрдых или жидких грузов и может быть выбран из группы, включающей крытые вагоны, полувагоны, хопперы, цистерны и т.п.;
термин «кузов обозначает любую такую ёмкость для твёрдых малогабаритных штучных или навалочных грузов или любой такой резервуар для жидких грузов, который кинематически связан с надрессорными балками тележек соответствующего грузового железнодорожного вагона; а
термин «железнодорожная платформа обозначает плоскую опору для крупногабаритных штучных грузов или контейнеров, которая кинематически связана с надрессорными балками тележек.
Понятно, что всё сказанное далее применительно к кузовам грузовых железнодорожных вагонов в равной мере относится и к железнодорожным платформам.
Специалистам хорошо известно,
что взаимодействие конусообразных поверхностей катания ободьев железнодорожных колёс с поверхностью катания головок рельсов при движении по прямым и пологим криволинейным участкам пути приводит к вилянию тележек относительно их центральных вертикальных осей и к вилянию грузовых вагонов и платформ в целом,
что указанное виляние тележек приводит к интенсивным колебаниям и раскачиванию кузовов вагонов относительно тележек и
что поэтому для гашения таких колебаний и одновременно для обеспечения достаточно свободных относительных линейных и угловых смещений кузовов и тележек вагонов на кривых участках пути между шкворневыми балками кузовов и надрессорными балками тележек устанавливают промежуточные боковые опоры (скользуны).
Простейшая боковая опора такого типа была предложена ещё в 1863 г. (US 38.182).
Действительно, долгое время считалось, что роль скользунов могут играть симметричные выступы на концах надрессорных балок тележек и на нижних сторонах шкворневых балок кузовов, которые при фрикционном взаимодействии способны гасить виляние тележек и колебания смещения и качку кузовов (см. Скиба И.Ф. Вагоны/Изд. 4-е испр. и доп. - М: Транспорт, 1973, с. 102, рис.94).
Однако по мере роста требований к критической скорости грузовых вагонов и их путевой устойчивости существенно возросли и продолжают возрастать требования к эффективности и надёжности скользунов.
Соответственно, были предложены составные скользуны в виде двух сменных пластин из износостойких материалов (см. там же, с.118, рис.108). В каждом таком скользуне одна из пластин жёстко закреплена на конце шкворневой балки кузова, а вторая пластина на упругой (обычно резиновой) подкладке установлена в открытой сверху коробке, которая присоединена к концу надрессорной балки тележки.
Упругая подкладка обеспечивает некоторую свободу перемещения нижней пластины относительно надрессорной балки. Поэтому описанный скользун оказался довольно эффективным средством гашения виляния тележек и колебаний и качки кузовов грузовых вагонов независимо от текущего пространственного взаиморасположения кузовов и тележек при движении составов по участкам пути разного плана и профиля.
Однако известный скользун гасит указанные угловые и линейные смещения тележек и кузовов лишь вследствие фрикционного взаимодействия пластин. Поэтому даже износостойкие материалы не обеспечивают достаточную надёжность таких скользунов.
Существенно надёжнее наиболее близкий к предлагаемому по технической сущности упруго-катковый скользун (см. фиг. 12 и соответственно строки 25-68 и 1-19 в колонках 12 и 13 описания изобретения к патенту US 5.386.783). Этот скользун имеет:
штампованный коробчатый корпус со сплошными бортами и торцевыми проёмами, которые частично перекрыты упорами, служащими продолжением бортов;
съёмную задвижку, навешенную на упоры одного из торцов корпуса;
две одинаковые упругие опоры из полимерного материала, которые установлены в корпусе со стороны задвижки и имеют обращённые навстречу скошенные верхние торцы с углублениями;
металлический колпачок, который имеет близкий к равнобедренному треугольнику профиль, выступы на скошенных боковинах, введенные в углубления упругих опор, и плоскую износостойкую площадку в верхней части;
съёмный вкладыш с ограничивающими поверхность катания разновысокими стенками, причём высокая стенка служит упором для одной из упругих опор, а низкая стенка расположена встык с внутренней поверхностью второго торца корпуса;
цилиндрический каток, который расположен на поверхности катания во вкладыше так, что его геометрическая ось практически перпендикулярна бортам корпуса, а боковая  поверхность выступает над вкладышем, оставаясь ниже плоской износостойкой площадки колпачка. трением качения с существенным выигрышем в надёжности скользунов.
Однако более чем пятилетняя эксплуатация известных скользунов с разными формами колпачков и разными относительными параметрами отдельных деталей показала, что возможности повышения надёжности и увеличения ресурса далеко не исчерпаны.
Поэтому в основу полезной модели положена задача уточнением формы и относительных параметров (в особенности, размеров и твёрдости) деталей создать такой упруго-катковый скользун, который был бы ещё более надёжен в эксплуатации.
Поставленная задача решена тем, что в упруго-катковом скользуне, имеющем:
штампованный коробчатый корпус со сплошными бортами и торцевыми проёмами, которые частично перекрыты упорами, служащими продолжением бортов;
съёмную задвижку, навешенную на упоры одного из торцов корпуса;
две одинаковые упругие опоры из полимерного материала, которые установлены в корпусе со стороны задвижки и имеют обращённые навстречу скошенные верхние торцы с углублениями;
металлический колпачок, который имеет близкий к равнобедренному треугольнику профиль, выступы на скошенных боковинах, введенные в углубления упругих опор, и плоскую износостойкую площадку в верхней части;
съёмный вкладыш с ограничивающими поверхность катания разновьюокими стенками, причём высокая стенка служит упором для одной из упругих опор, а низкая стенка расположена встык с внутренней поверхностью второго торца корпуса; и
цилиндрический каток, который расположен на поверхности катания во вкладыше так, что его геометрическая ось практически перпендикулярна бортам корпуса, а боковая поверхность выступает над вкладышем, оставаясь ниже плоской износостойкой площадки колпачка,
согласно изобретательскому замыслу
металлический колпачок ограничен сверху трёхгранной поверхностью, включающей указанную плоскую износостойкую площадку в средней части и симметричные боковые скосы под углом менее 10°, причём длина указанной площадки составляет от 50 до 85% общей длины колпачка в его верхней части.
Это позволяет более равномерно передавать нагрузку от кузова вагона на упругие опоры и уменьшить износ колпачка, что положительно сказывается на надёжности скользуна в целом.
Первое дополнительное отличие состоит в том, что соотношение максимального расстояния / между стенками вкладыша и диаметром d катка соответствует условию //с/ь(1,4-1,б). В случаях полного проседания упругих опор это позволяет наиболее эффективно передавать нагрузку от кузова вагона с колпачка на каток и тем самым дополнительно повышать надёжность скользуна в целом.
3
Второе дополнительное отличие состоит в том, что колпачок, корпус и каток изготовлены из материалов последовательно уменьшающейся твёрдости. Тем самым удаётся минимизировать износ наиболее дорогих и трудоёмких деталей и повысить ремонтопригодность скользуна.
Третье дополнительное отличие состоит в том, что твёрдость материала колпачка на 33-45%, а твёрдость материала корпуса на 4-20% превышает твёрдость материала катка. Как показал опыт, регулирование относительной твёрдости материалов указанных деталей в таких пределах наиболее благоприятно сказывается на надёжности и ремонтопригодности упруго-катковых скользунов.
Четвёртое дополнительное отличие состоит в том, что упругие опоры имеют вертикально ориентированные открытые снизу полости, сообщающиеся с углублениями для фиксации выступов металлического колпачка. Опоры такого типа равномернее деформируются под нагрузкой и плавно передают усилия на катки скользунов.
Специалистам понятно, что указанные дополнительные отличия на практике могут быть использованы в произвольных комбинациях в полном согласии с основным изобретательским замыслом.
Далее сущность полезной модели поясняется подробным описанием конструкции и работы упруго-каткового скользуна со штампованным корпусом со ссылками на чертежи, где изображены на:
фиг.1 - указанный скользун в сборе (продольный разрез);
фиг.2 - схема сборки указанного скользуна (аксонометрическая проекция).
Как видно на чертежах, предложенный скользун имеет:
штампованный из подходящей стали коробчатый корпус 1 со сплошными бортами 2 и торцевыми проёмами, которые частично перекрыты упорами 3, служащими продолжением бортов 2;
съёмную задвижку 4, навешенную на упоры 3 одного из торцов корпуса 1;
две одинаковые упругие опоры 5 из полимерного материала, которые установлены в корпусе 1 со стороны задвижки 4 и имеют обращённые навстречу скошенные верхние торцы с углублениями;
металлический (преимущественно литой обычно стальной или чугунный) колпачок 6, который имеет близкий к равнобедренному треугольнику профиль и выступами 7 на обращённых вниз скошенных боковинах введен в углубления опор 5;
съёмный полый открытый с боков обычно стальной вкладыш 8 с разновысокими стенками 9 и 10, между которыми простирается поверхность катания, включающая плоский вертикальный и цилиндрический участки со стороны высокой стенки 9, плавно сопряжённую с цилиндрическим участком плоскую поверхность дна и плавно сопряжённый с нею цилиндрический участок со стороны низкой стенки 10;
боковая поверхность в исходном положении находится выше стенки 9 вкладыша 8, но ниже плоской износостойкой площадки колпачка 6.
Посредине верхней части колпачка 6 расположена плоская износостойкая площадка 12, которая составляет от 50 до 85% общей длины верхней части и по краям переходит в симметричные боковые скосы 13 под углом менее 10°.
Высокая стенка 9 вкладыша 8 служит упором для одной из упругих опор 5, а низкая стенка 10 расположена встык с внутренней поверхностью второго торца корпуса 1.
Желательно, чтобы упругие опоры 5 имели вертикально ориентированные открытые снизу не обозначенные особо полости, сообщающиеся с углублениями для фиксации выступов 7 колпачка 6.
Материалом для изготовления упругих опор 5 обычно служит полиуретан. Однако не исключено применение иных композиционных материалов, например, изготовленных из синтетических каучуков на основе акрилонитрила.
Описанные скользуны монтируют попарно по концам надрессорных балок тележек грузовых железнодорожных вагонов. На ответных сторонах шкворневых балок кузовов обычно закрепляют не показанные на чертежах хорошо известные специалистам съёмные сменные износостойкие планки. При равномерной загрузке кузова плоские износостойкие площадки 12 колпачков 6 всех скользунов обычно прижаты к упомянутым планкам на шкворневых балках упругими опорами 5.
Во время устойчивого движения вагона по прямым и пологим кривым участкам пути виляние тележек и колебания и качка кузова вагона приводят к фрикционному взаимодействию между упомянутыми планками на шкворневых балках и указанными площадками 12 колпачков 6 и упругой деформации упругих опор 5. При этом колебания виляния тележки и кузова гасятся парой противоположно направленных сил трения в каждой паре скользунов, размещённых на одной и той же надрессорной балке, а боковая качка гасится реакциями упругих опор 5 на сжимающую нагрузку.
При нарушениях устойчивости движения вагона по прямым и пологим кривым участкам пути или при вписывании тележек в крутые кривые колпачки 6 нередко проседают до уровня, когда в контакт с упомянутыми планками на шкворневых балках входят цилиндрические катки 11. Перемещаясь между стенками 9 и 10 вкладышей 8, эти катки 11 принимают часть нагрузки на себя и защищают упругие опоры 5 от разрушения. При этом силы трения между планками шкворневых балок и колпачками 8 остаются практически на том же уровне, что и при нормальном движении вагона по прямым и пологим кривым кривым участкам пути.
В эти моменты боковые скосы 13 колпачков 6 препятствуют тому, чтобы нагрузка от интенсивно колеблющегося и качающегося кузова вызывала нежелательные перекосы упругих опор 5 в корпусах 1, что уменьшает опасность появления трещин в полимерном материале. Этой же цели служит ограничение перемещений катков 11 по поверхности
катания, которое задано указанным выше соотношением (1,4-1,6).
Поскольку материал катков 11 имеет наименьшую твёрдость, постольку они в неблагоприятных условиях эксплуатации изнашиваются раньше, чем корпуса 1 и колпачки 6. Однако катки 11 наиболее просты по конструкции, дёшевы и легко заменяемы. Поэтому их износ никоим образом не определяет ресурс скользунов в целом.