ТОРСИОННАЯ РЕССОРА ЭКИПАЖА
LOCOMOTIVE UNDERFRAME TORSION SPRING

Предлагаемое изобретение относится к области транспортных средств и может быть использовано в конструкциях автомобильного и железнодорожного подвижного состава.
Известна конструкция торсиона (см. книгу Крайнев А.Ф. Словарь-справочник по механизмам. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1987. - 560 с.), где на стр.469 представлена его схема и описание. Так, например, торсион выполняют в виде длинного, обладающего малой крутильной жесткостью вала (риса) или двух валов, соединенных промежуточным звеном. К одному из валов присоединен рычаг, к которому приложена рабочая нагрузка. При действии такой нагрузки валы закручиваются и изгибаются. Существенным недостатком такой рессоры является то, что валы имеют постоянную крутильную жесткость за счет неизменяемых физико-механических свойств материала и постоянных геометрических параметров, таких как длина валов и их диаметр.
Известна также торсионная рессора, описанная в книге Орлов П.И. Основы конструирования: Справочно-методическое пособие в 2-х книгах. Кн. 2-я. Под редакцией П.Н.Усачева. - 3 изд., исправл. - М: Машиностроение, 1988, где на стр.523 и рис.910 она и показана. Конструкция такой торсионной рессоры в целом аналогична вышеописанной, и, следовательно, недостатки их подобны.
Поэтому целью предлагаемого изобретения является расширение эксплуатационных возможностей торсионной рессоры.
Поставленная цель достигается тем, что упругий стержень выполнен ступенчатым, имеющим по своей длине участки разного диаметра, снабженные шлицами, взаимодействующими с ответными, изготовленными во внутренней части втулки, жестко закрепленной, по крайней мере, на двух подвижно установленных в неподвижной опоре пальцах, подпружиненных винтовыми пружинами сжатия относительно последней и контактирующих своими торцами с наклонными поверхностями кронштейна, жестко установленного на кузове экипажа.
На фиг.1 показан общий вид торсионной рессоры экипажа сбоку, на фиг.2 - ее часть в разрезе продольной плоскостью, на фиг. 3 - вид ее по стрелке А.
Торсионная рессора экипажа состоит из рычага 1, жестко закрепленного на стержне торсиона 2, который одним концом подвижно установлен в подшипниковой опоре 3, а другим при помощи шлицев 4 связан с ответными, выполненными в неподвижной опоре 5. На стержне 2 также нарезаны шлицы 6, 7, 8 с возможностью контактирования соответственно с шлицами 9, 10 и 11, нарезанными внутри втулки 12, при этом участки их сопряжения имеют по длине стержня разные по величине диаметры. Втулка 12 жестко закреплена на пальцах 13, установленных с возможностью поступательного движения в неподвижной опоре 5, и они подпружинены винтовыми пружинами сжатия 14, при этом последние своими торцами контактируют с наклонными поверхностями 15 кронштейна 16, жестко закрепленного на кузове 17 экипажа, с которым также контактирует рычаг 1. Подшипниковая опора 3 и неподвижная опора 5 закреплены на раме 18 тележки экипажа.
д
д
1
ρ
д
2
2
<mrow><msub><mi>K</mi><mi>φ</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>G</mi><msub><mi>J</mi><mi>ρ</mi></msub></mrow><mrow><mi>l</mi><msup><mi>d</mi><mn>2</mn></msup></mrow></mfrac></mrow>
Работает торсионная рессора экипажа следующим образом. В статике, когда экипаж находится в отстое, детали торсионной рессоры находятся в таком положении, как это показано на фиг.1, фиг.2 и фиг.3. В случае его движения из-за наличия неровностей пути возникает динамическая составляющая Р, способствующая колебаниям кузова 17, и тогда под действием такой силы рычаг 1, получая угловой поворот по стрелке В, закручивает упруго стержень 2 торсиона также по этой стрелке, за счет того, что левый его конец жестко, с помощью шлицев 4, закреплен в неподвижной опоре 5. Следовательно, такие колебания будут торсионной рессорой сдемпфированы. Предположим, что динамическая нагрузка Р выросла по сравнению с предыдущей на некоторую величину, такую, что рычаг 1 получил еще больший угловой поворот по стрелке В, а кронштейн 16, который жестко связан с кузовом 17, получил одновременно некоторое линейное перемещение по стрелке С и тогда за счет наличия на нем наклонных поверхностей 15 пальцы 13 переместятся по стрелке Е, упруго деформируя свои винтовые пружины сжатия 14. Но пальцы 13 жестко соединены с втулкой 12, которая также переместится по этой же стрелке Е, причем ее шлицы 9 войдут в контакт с шлицами 6 стержня 2 и тогда шлицы 4 стержня 2, находящиеся в неподвижной опоре 5, уже не будут влиять на крутильную жесткость стержня 2 за счет того, что рабочая длина l стержня 2 окажется равной уже l (см. фиг.1 и фиг.2). Увеличение крутильной жесткости в этом случае подтверждается известной зависимостью
, где G - модуль упругости материала второго рода, J - полярный момент инерции сечения стержня 2 торсиона, l - рабочая длина стержня 2 и d его диаметр. Считаем теперь, что динамическая нагрузка P еще более возросла в сравнении с двумя предыдущими, и тогда втулка l переместится в правую сторону (см. фиг.1 и фиг.2) еще дальше, при этом ее шлицы 10 войдут в контакт с шлицами 7, что позволит уменьшить рабочую длину стержня 2 на величину l, а это обеспечит эффективное демпфирование колебаний кузова 17 и этой возросшей динамической нагрузки. Подобное явление может произойти и далее, когда шлицы 11 войдут в контакт с шлицами 8 и крутильная жесткость стержня 2 еще более возрастет. Таких участков взаимодействия шлицев 9, 10, и 11 с шлицами 6, 7, и 8 может быть и больше, чем указанных на чертежах, в зависимости от весовых и динамических нагрузок, действующих на экипажи в эксплуатационных условиях. После исчезновения вышеуказанных динамических составляющих втулка 12 под действием винтовых пружин сжатия 14 возвращается в исходное положение, такое, как это показано на фиг.1 и фиг.2, причем такое ее поступательное движение будет обеспечено за счет того, что пальцы 13 будут проскальзывать относительно наклонных плоскостей 15 кронштейна 16 по направлению, обратному стрелке С, а сам упругий стержень 2 также возвратится в исходное положение за счет упругих сил, созданных его закруткой рычагом l. Далее описанные процессы могут повторяться неоднократно.
Технико-экономическое преимущество предложенного технического замысла в сравнении с известными очевидно, так как оно позволяет в автоматическом режиме, в зависимости от величины динамических составляющих сил, действующих на экипаж, эффективно снижать их и тем самым повышать плавность хода, создавая комфортные условия для перевозимых грузов и пассажиров.