ПЯТНИК ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
RAILWAY VEHICLES CENTER PLATE

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, в частности к конструкции пятника и пятниковых мест железнодорожного подвижного состава, а именно вагонов, устройств сочленения и литых консолей грузовых вагонов.
Из уровня техники известен пятник грузового вагона (патент №49782, опубликован 10.12.2005, B61F 1/14), имеющий плоскую круглую опорную поверхность с центральным отверстием под шкворень и коническую упорную поверхность, сопряженную с плоским основанием, во фланцах которого выполнены отверстия для крепления к шкворневому узлу рамы вагона, содержащий сменную чашеобразную стальную накладку, которая защищает опорную и упорную поверхности пятника.
Недостатком данной конструкции является использование дополнительной накладки для уменьшения износа рабочих поверхностей узла «пятник-подпятник», что усложняет производство.
Из уровня техники известна пятниковая часть шарнирного устройства сочленения усовершенствованной конструкции (патент US 5172820, опубликован 22.12.1992, B61G 5/02), которая сформирована как отдельная цельнолитая деталь и является частью конструкции шарнирного устройства сочленения, используемого для соединения в основном полупостоянным образом двух определенных концов пары примыкающих грузовых вагонов. Пятниковая часть содержит хвостовик, пятниковое место или пятник, нижнюю стенку, пару противоположных радиальных боковых стенок, заднюю стенку, усиливающий элемент, ребра жесткости, расположенные на внешней стороне боковых стенок, и внутреннюю полость для размещения внешнего (соединительного) конца поводковой части шарнирного узла сочленения. Пятниковое место или пятник устройства сочленения содержит плоскую опорную поверхность, отверстие для шкворня и упорную поверхность, сопряженную с нижней стенкой пятниковой части устройства сочленения.
Общим недостатком вышеуказанных технических решений является наличие зон повышенных контактных напряжений, возникающих на краях опорной поверхности пятника или пятникового места при перевалке кузова. Пятник (пятниковое место) является опорой вагона (устройства сочленения и литой консоли) на тележку. Опорная поверхность - это поверхность соединения пятника или пятникового места вагона (устройства сочленения и литой консоли) с подпятником тележки вагона, которая согласно отраслевым стандартам может быть обозначена как горизонтальная рабочая поверхность пятника. После установки вагона на тележку по опорной поверхности пятника распределяется давление, равное половине веса вагона, которое передается тележке через подпятник (аналогично для устройства сочленения и литой консоли). При прохождении вагоном кривых возникают центробежные силы, направленные наружу кривой, следствием которых является перевалка (крен) кузова. При этом передача вертикальной нагрузки от веса кузова с грузом на подпятник осуществляется через крайнюю часть опорной поверхности пятника или пятникового места. Это, в свою очередь, значительно уменьшает площадь контакта пятника с подпятником, следствием чего является увеличение напряжений в этой зоне, также при этом возможно, что противоположное ребро опорной поверхности пятника (пятникового места) не опирается на подпятник тележки, что приводит к возникновению зоны (точки) повышенного контактного (краевого) напряжения и момента трения на опорной поверхности. Такое же распределение нагрузки и момента трения происходит при боковых колебаниях кузова. Указанный эффект приводит к увеличенному износу опорной поверхности пятника или пятникового места, а также подпятника, и возникновению трещин и сколов на контактных поверхностях узла «пятник-подпятник».
Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является узел соединения кузова железнодорожного транспортного средства с тележкой (патент №26782, опубликован 20.12.2002, МПК B61F 5/16), содержащий один неподвижно закрепленный на раме кузова пятник в виде опорной плиты с цилиндрической втулкой, внутри которой размещен шток, соединенный с опорой, взаимодействующей с подпятником тележки. В нижней части опоры выполнены скосы, образующие в направлении, перпендикулярном продольной оси тележки, площадку для взаимодействия опоры с подпятником. Опора неподвижно закреплена в подпятнике тележки посредством фиксаторов и установлена с возможностью поворота совместно с тележкой относительно кузова по плоскости между пятником и верхней поверхностью опоры. Фиксаторы имеют прямоугольную форму и установлены с зазорами в пазах прямоугольной формы, которые выполнены соответственно в опоре и подпятнике, в вертикальной плоскости, проходящей через центр подпятника под углом от 40 до 50° относительно продольной оси тележки.
Недостатком данного технического решения является использование дополнительной опоры между пятником вагона и подпятником тележки. При этом опора зафиксирована в подпятнике тележки вагона с возможностью поворота совместно с тележкой относительно кузова по плоскости между пятником и верхней поверхностью опоры. Это, в свою очередь, не уменьшает износ опорной поверхности пятника и возможности возникновения зоны (точки) повышенного контактного (краевого) напряжения и момента трения. При прохождении вагоном кривых малого радиуса возможна вероятность значительного поворота кузова вагона относительно тележки, а соответственно, и поворота пятника вагона относительно опоры, закрепленной в подпятнике тележки. В такой ситуации возможно несовпадение выполненных скосов и зон повышенного контактного напряжения и момента трения, что приводит к износу опорной поверхности пятника или пятникового места и возникновению сколов и трещин на контактных поверхностях узла «пятник-опора-подпятник».
Техническим результатом заявляемого изобретения является упрощение конструкции и сокращение износа опорной поверхности пятника или пятникового места, путем уменьшения контактных напряжений на опорной поверхности при перевалке (крене) кузова, за счет оптимизации распределения осевых нагрузок.
Указанный технический результат достигается тем, что в пятнике (пятниковом месте), содержащем опорную поверхность, упорную поверхность, отверстие под шкворень, привалочную поверхность, согласно настоящему изобретению по краю опорной поверхности симметрично относительно продольной центральной оси вагона выполнены два противолежащих скоса.
Выполнение опорной поверхности пятника или пятникового места таким образом, согласно результатам проведенных расчетов, обеспечивает упрощение конструкции и сокращение износа опорной поверхности пятника или пятникового места за счет уменьшения контактных напряжений на опорной поверхности пятника или пятникового места при перевалке (крене) кузова относительно продольной центральной оси вагона и уменьшения момента трения в узле «пятник-подпятник» при прохождении вагоном кривых. При выполнении скосов (или фасок) на опорной поверхности пятника или пятникового места, согласно результатам расчетов, действующие на пятник (пятниковое место) нагрузки и возникающие контактные напряжения распределяются по ребру, образованному соответствующим скосом и опорной поверхностью пятника (пятникового места), или по плоскости, образованной соответствующим скосом, что значительно увеличивает площадь контакта поверхностей и уменьшает значения напряжений и момента трения. Также выполнение пятника или пятникового места обеспечивает оптимизацию распределения осевых нагрузок, возникающих при перевалке (крене) кузова.
Заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что по краю сопряжения упорной и опорной поверхностей пятника или пятникового места, симметрично относительно центральной продольной оси пятника, совпадающей при установке пятника с продольной центральной осью вагона, выполнены два противолежащих скоса. Возможно также выполнение двух фасок. Такое отличие дает основание утверждать о соответствии предлагаемого технического решения критерию изобретения - «новизна». Сравнение заявляемого технического решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, аналогичные отличительным признакам заявляемого технического решения, что позволяет сделать вывод о соответствии условию патентоспособности - «изобретательский уровень».
Опорная и упорная поверхности пятника или пятникового места, включая поверхности скосов и скругления в зоне сопряжения упорной и опорной поверхностей, могут быть закалены. Закалка обеспечивает повышение износостойкости и надежности пятника или пятникового места. Опорная и упорная поверхности должны иметь твердость для пятников от 156 до 255 НВ по всему объему, для пятниковых мест от 375 до 515 НВ на поверхности, не менее 350 НВ на глубине от 3,2 мм от поверхности и не более 300 НВ на глубине 9,6 мм от поверхности.
Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен пятник в изометрической проекции (вид на опорную поверхность); фиг. 2 - пятник в поперечном сечении (соответствующее положение).
Пятник (фиг. 1, 2) содержит опорную поверхность 1, упорную поверхность 2, отверстие 3 под шкворень, привалочную поверхность 4 (не показана на фиг. 1), фланец 5 и отверстия 6 для крепления пятника к раме вагона. На опорной поверхности 1 вдоль продольной центральной оси пятника 7 (не показана на фиг. 2), совпадающей с продольной центральной осью вагона, выполнены два скоса 8, расположенные симметрично и противоположно друг другу. Каждый из скосов 8 образует с опорной поверхностью 1 пятника или пятникового места ребро 9.
Пятник или пятниковое место со скосами, выполненными на опорной поверхности, может быть применен как пятник грузового вагона, так и пятник или пятниковое место устройства сочленения литой консоли грузовых вагонов.
Грузовой вагон, устройство сочленения или литая консоль грузовых вагонов с заранее установленным пятником или выполненные с пятниковым местом, содержащим скосы 8, выполненные согласно заявляемому изобретению, устанавливается на подпятник тележки вагона. При движении поезда по кривой или при перевалке (крене) вагона происходит перемещение центра масс вагона, а также движение пятника относительно подпятника тележки вагона. Возникающие нагрузки распределяются по соответствующему ребру 9 (внешнему относительно поворота или крену кузова вагона), образованному соответствующим скосом 8 и опорной поверхностью 1 пятника или пятникового места, или по плоскости, образованной скосом 8. Такое распределение нагрузки снижает значение контактных напряжений в зоне контакта поверхностей.
Также возможно уменьшение нежелательного момента сил трения, возникающих в узле «пятник-подпятник» при их повороте относительно друг друга во время прохождения вагоном кривых участков рельсового пути.
Таким образом, заявляемое изобретение, всей своей совокупностью существенных признаков, позволяет упростить конструкцию и сократить износ опорной поверхности пятника или пятникового места путем уменьшения контактных напряжений на опорной поверхности при перевалке (крене) кузова относительно надрессорной балки ходовой тележки, за счет оптимизации распределения осевых нагрузок.