ТОРСИОННЫЙ УЗЕЛ СТАБИЛИЗАТОРА ПОПЕРЕЧНОГО НАКЛОНА КУЗОВА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ВАГОНА

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения (преимущественно к вагоностроению), конкретно - к торсионным узлам стабилизаторов бокового поперечного (бокового) наклона железнодорожных, главным образом пассажирских, вагонов (в том числе двухэтажных электричек, характеризующихся большей массой и более высоким расположением центра масс).
Техника не стоит на месте. Устаревая не только физически, но и морально, она совершенствуется.
Известен зарубежный (DE) торсионный стабилизатор, содержащий торсионный узел как поперечно монтируемый на транспортном средстве торсионный вал с двумя рычагами, отделенными от его концов опорными втулками под подшипники и непроворотно установленными на валу горячей посадкой посредством ступиц, при этом рычаги выполнены симметричными в плане, вилочного типа (с двумя «рогами» каждый) [1. Solutions. - URL: https://www.ferrabyrne.co.uk/ solutions/ (дата выкладки: 25.02.2020)].
Рычаги вилочного типа можно встретить и в авторских проектах для подвижного состава на железной дороге. К концам таких рычагом присоединяют наконечники тяги стабилизатора посредством болтового соединения, используя лыски на цилиндрических пальце или оси подшипникового узла наконечника [2. RU 200948 U1, B61F 5/24, B60G 21/05, 20.11.2020].
Такие узлы имеют несколько завышенные массогабаритные характеристики и адаптированы к конкретной конструкции транспортного средства (автомобиля, железнодорожного вагона).
В то же время, известны и наконечники тяги с конусными пальцем или осью [3. RU 202677 U1, B61F 5/24, F16C 11/06, B60G 21/04, 20.11.2020].
Однако они не адаптированы к вилочным рычагам.
Клеммовые соединения «вал-рычаги» [4. RU 2770029, B61F 5/24, F16C 11/06, 14.04.2022; 5. RU 133 855 S, МКПО 12-03, 01.11.2022], в сравнении с бесповоротной установкой рычагов ступицами методом горячей посадки, имеют завышенные габариты по общей длине рычага.
В соответствии с обозначенными общими недостатками описанных выше аналогов, в условиях возрастания роли стабилизаторов поперечного (бокового) наклона («поперечной качки») в приложении к вагонам высокоскоростных подвижных составов, в том числе двухэтажным вагонам с более высоким расположением центра масс, а также множественностью проектов и его вариантов, становится особенно актуальными задачи расширения арсенала (спектра) технических средств в этом сегменте техники, повышения технико-эксплуатационных возможностей (ТЭВ) и характеристик (ТЭХ) конструкции, а именно - адаптации к компоновочным особенностям конкретного вагона, существенного увеличения долговечности (работоспособности, срока службы до капремонта).
В качестве наиболее близкого к заявляемому устройству аналога (прототипа) по назначению и по совокупности существенных конструктивных признаков, может быть принят торсионный узел (торсионный вал с рычагами и подшипниковыми опорами) стабилизатора поперечного наклона кузова железнодорожного вагона, содержащий торсионный вал поперечного расположения на вагоне, с центральным рабочим участком, опорными втулками под две подшипниковые опоры и участки для непроворотной посадки на них двух рычагов, каждый из которых выполнен несимметричным в плане за счет выборки по его ширине с тыльной стороны узла, конусным сквозным отверстием на свободном конце под палец шарнирного наконечника тяги стабилизатора, с возможностью взаимосвязи тяги с концом рычага [6. RU 2743467 С1, МПК (2006.01) B61F 5/24, B60G 21/05, опубл. 18.02.2021].
В узле-прототипе посадочные участки торсионного вала под рычаги расположены непосредственно на его концах последовательно после рабочего участка и опорными втулками, при этом они выполнены диаметром, соразмерным с диаметром рабочего участка и опорных втулок, каждый рычаг выполнен с тыльной выборкой при одноплоскостности внешнего торца, с посадочным клеммным зажимом болтами, посредством которого установлен на торсионный вал, а упомянутое конусное отверстие выполнено с возможностью установки в него пальца или оси шарнирного наконечника тяги с наружной стороны рычага (сбоку торсионного узла), при этом торсионный узел установлен на колесной тележке вагона.
Однако, при общности назначений всего торсионного узла-прототипа и заявляемой полезной модели, а также безусловной полезности (в своих условиях эксплуатационных условиях, связанных в основном с особенностями компоновки вагонов в целом, устройство торсионного узла еще не достаточно совершенно: прототип не адаптирован к устройству базового вагона для монтажа на нем стабилизатора-прототипа (не может быть перенесен на данный подвижной состав без конструктивных изменений).
Следовательно, задача (проблема), на решение которой направлено заявляемая полезная модель (устройство), - разработать (предложить дальнейшее техническое решение проблемы, отмеченной для прототипа, сконструировать, спроектировать) торсионный узел «ПРС.106.10.100» для стабилизатора «ПРС.106.10» поперечного наклона, преимущественно вагона электропоезда проекта 106-2022, с улучшенными технико-эксплуатационными характеристиками (ТЭХ) в части работоспособности, комфортности пассажиров, срока службы и длительной работоспособности).
Планируемый технический результат использования - адаптация стабилизатора-прототипа к конструктивным особенностям (компоновке) вагонов инновационного электропоезда проекта 106-2022).
Решение обозначенной задачи (проблемы) достигается тем, что в торсионном узле стабилизатора поперечного наклона кузова железнодорожного вагона, содержащем торсионный вал поперечного расположения на вагоне, с центральным рабочим участком, опорными втулками под две подшипниковые опоры и участки для непроворотной посадки на них двух рычагов, каждый из которых выполнен несимметричным в плане за счет выборки по его ширине с тыльной стороны узла, конусным сквозным отверстием на свободном конце под палец шарнирного наконечника тяги стабилизатора, с возможностью взаимосвязи тяги с концом рычага, согласно заявляемой полезной модели, посадочные участки торсионного вала под рычаги расположены на его концах между его опорными втулками и рабочим участком, при этом они выполнены диаметром больше диаметра рабочего участка и опорных втулок, каждый рычаг выполнен изогнутым наружу торсионного узла, с посадочной ступицей, посредством которой установлен на торсионный вал горячей посадкой, а упомянутое конусное отверстие выполнено с возможностью установки в него пальца шарнирного наконечника тяги с тыльной стороны рычага, при этом торсионный узел установлен на раме кузова вагона.
Среди массива известных устройств не обнаружены такие, совокупность существенных признаков которых совпадала бы с заявленной совокупностью признаков. В то же время, именно за счет последней достигается новый технический результат, что обусловливает наличие у заявляемого устройства первого квалификационного признака полезной модели - «мировой уровень новизны».
Второй квалификационный признак полезной модели, - промышленная применимость, - также неоспорим и вытекает из огромного мирового опыта вагоностроения, наличия успешно испытываемого (при авторском надзоре) экспериментального образца устройства, а также активным успешным патентованием и внедрением авторских аналогов в серийное производство.
Подробнее сущность полезной модели (со ссылкой на проект ПРС.106.10. торсионного стабилизатора для скоростного электропоезда повышенной комфортности с двухэтажными вагонами) раскрывается в приведенных ниже примерах, иллюстрируемых фигурами 1-4:
на фиг. 1 показан торсионный узел, общий вид сбоку;
на фиг. 2 - торсионный вал, вид сбоку, где D с индексами а…д - диаметры соответствующих индексам участки торсионного вала;
на фиг. 3 - рычаг, вид сбоку;
на фиг. 4 - рычаг, вид на тыльную сторону рычага (вид Б на фиг. 1).
На фигурах 1-4 позициями обозначены следующие элементы:
1 - торсионный вал (торсион); 1а - рабочий участок торсионного вала; 1б, 1в -левая и правая опорные втулки торсионного вала; 1г, 1д - левый и правый посадочные участки торсионного вала (под рычаги); 2 и 3 - левая и правая подшипниковые опоры; 4 и 5 - левый и правый рычаги; 6 и 7 - выборки в левом и правом рычагах; 8 и 9 - сквозные конусные отверстия на концах рычагов; 10 и 11 - посадочные ступицы левого и правого рычагов; 12 - информационная табличка («шильда»).
Торсионный узел (торсионный вал с рычагами и опорными втулками/опорными подшипниками) содержит торсионный вал 1 (см. фиг. 1) поперечного расположения на вагоне, с центральным рабочим участком 1а, опорными втулками 1б, 1в под две подшипниковые опоры 2, 3 и участки 1 г, 1д (см. фиг. 2) для непроворотной посадки на них двух рычагов 4, 5 (см. фиг. 1, 3, 4). Каждый рычаг (4, 5) выполнен (см. фиг. 3, 4) несимметричным в плане за счет выборки 6, 7 по его ширине с тыльной (внутренней - со стороны рабочего участка 1а) стороны узла, а также с конусным сквозным отверстием 8, 9 (см. фиг. 1, 3, 4) на свободном конце под палец (не показан) шарнирного наконечника тяги стабилизатора, с возможностью взаимосвязи тяги с концом рычага 8, 9.
г
д
a
б
в
Посадочные участки 1г, 1д торсионного вала 1 под рычаги 4, 5 расположены на его (1) концах между его опорными втулками 1б, 1в и рабочим участком 1а (иначе говоря, на своих концах вал 1 заканчивается опорными втулками 1б, 1в). При этом участки 1г, 1д под рычаги 4, 5 выполнены диаметром D=D больше диаметра D рабочего участка 1а и диаметра D и D опорных втулок 1б и 1в.
В частности, разность этих диаметров составляет (варианты) 80-53=27 мм, 80-56=24 мм, и 80-61=19 мм.
Каждый рычаг 4, 5 выполнен (см. фиг. 3, 4) изогнутым наружу торсионного узла (влево и вправо на фиг. 1 соответственно), с посадочной ступицей 10, 11, посредством которой установлен на торсионный вал 1 горячей посадкой.
Конусное отверстие 8, 9 (см. фиг. 1, 3, 4) выполнено с возможностью установки в него пальца или оси (в зависимости от варианта конструкции шарового шарнира и, естественно, тоже конусных) шарнирного наконечника тяги с тыльной стороны рычага 1.
На тыльной стороне правого рычага 5 установлена (приклепана по четырем углам) информационная табличка («шильда») 12.
При всем перечисленном, торсионный узел установлен на раме кузова вагона (в то время как второй, нижний наконечник тяги стабилизатора прикреплен к колесной тележке вагона).
Устройство работает следующим образом (разумеется, в контексте работы всего торсионного стабилизатора, вагона и подвижного состава).
Знакопеременные усилия и перемещения от поперечного наклона кузова вагона, при прохождении поворотов рельсового пути на большой скорости (порядка 160 км/ч) и при высоком расположении центра тяжести вагона, передаются на тяги и через них на рычаги 4, 5 заявляемого торсионного узла и далее, за счет непроворота ступиц 10, 11 рычагов 4, 5, на торсионный вал 1, вследствие чего последний закручивается на участке 1а и создает восстанавливающую силу (реакцию), ограничивающую и возвращающую кузов вагона при уменьшении кривизны траектории движения вагона.
Взаимное расположение основных составных частей торсионного узла, охарактеризованное в отличительных признаках полезной модели, адаптировано к конструкции и размерам тяг стабилизатора и к компоновке (конструкции) вагона проекта ПРС.106-2022 предприятия «Уральские локомотивы».
Между отличительными признаками устройства и техническим результатом имеет место причинно-следственная связь:
- последовательность участков вала 1 обеспечивает адаптацию торсионного стабилизатора к стереометрии вагона;
- выполнение посадочных участков 1г, 1д вала 1 под рычаги 4, 5 диаметром больше диаметра рабочего участка 1а и опорных втулок 1б, 1в обеспечивает как возможность горячей посадки рычагов 4, 5 через втулки 1б, 1в, так и нивелирование прочностных характеристик участков 1г, 1д и 1а (учет влияния горячей посадки);
- изогнутость рычагов 4, 5 наружу торсионного узла, в сочетании с их выборками 6, 7, также играет положительную роль в адаптации к конструкции вагона; плюс вносит свою лепту в снижение массогабаритных характеристик узла;
- горячая посадка рычагов 4, 5 их ступицами 10, 11 на вал 1, при сохранении обязательного условия непроворота рычагов 4, 5 на валу 1, обусловливает существенно меньшую общую длину и массу рычагов 4, 5 как изделий, а значит, и компактность узла в составе вагона; при этом отпадает необходимость в относительно длительной закрутке стяжных болтов в альтернативной конструкции с клеммовым соединением;
- замена болтового соединения конусным во взаимосвязи свободных концов рычагов 4, 5 с тягами стабилизатора обеспечивает более четкое позиционирование тяг и удобнее в монтаже, демонтаже и при техническом обслуживании подвижного состава в эксплуатации;
- установка торсионного узла в сборе на раме кузова вагона, а не на колесной тележке вагона (то есть, «вверх ногами») также участвует в обеспечении адаптации торсионного стабилизатора к стереометрии вагона.
Ориентация крепежа обеспечивает доступ с инструментом к монтажно-демонтажным работам и регулировкам.
Пример реализации ТС использует конкретные, освоенные промышленностью современные комплектующие (что дополнительно убеждает в выполнении патентоведческого критерия изобретения «промышленная применимость»), в частности стандартные изделия: болты, гайки, шайбы, пробки конические (по соответствующим ГОСТам), Оригинальные детали в производстве не cответствующим ГОСТам), Оригинальные детали в производстве не требуют каких-либо несуществующих технологий.
Заявляемая полезная модель включена в техническую документацию, разрабатываемую по инициативе Заявителя и Договору (на ее основе) для создания двухэтажного(ых) пассажирского(их) вагона(ов) электропоездов повышенной комфортности (проект ПРС.106.10.) типа «Ласточка», опытный образец одного из которых уже изготовлен и успешно испытан.
Таким образом, предложено техническое новшество, решающее поставленную задачу. Использование заявляемого комплексного технического решения позволит адаптировать торсионный узел к указанному инновационному проекту 106-2022.