Тяга торсионного стабилизатора поперечной устойчивости кузова транспортного средства

Настоящая полезная модель относится к области транспортного машиностроения (преимущественно к вагоностроению), конкретно - к тягам стабилизаторов поперечной устойчивости (бокового наклона) железнодорожных, главным образом пассажирских (преимущественно двухэтажных) вагонов, а также безрельсовых транспортных средств.
Известны торсионные стабилизаторы (ТС) в составе колесных тележек железнодорожных вагонов и трамваев с одним торсионным устройством в системе вторичного подрессоривания, причем торсион располагается вдоль надрессорной балки, подвижно соединен с продольными балками рамы тележки, а с помощью двух рычажных систем (каждая в составе рычага и тяги - с надрессорной балкой (с надрессорным брусом), так что при наклоне кузова (надрессорной балки) в боковом (поперечном) по отношению к направлению тележки направлении сила упругого противодействия, возникающая в торсионном вале (торсионе), стремится вернуть кузов (надрессорную балку) в исходное положение [1. RU 2220863 С2, B61F 5/00, 10.01.2004, ОАО «Крюковский вагоностроительный завод» (UA)]. В этом ТС торсион, посредством подшипниковых (радиальные подшипники скольжения) опор, соединяется с продольными балками тележки. К торсиону прикреплены две рычажные системы. Шарнирно прикрепленные к рычагам тяги подвески связаны с надрессорной балкой.
Тяга состоит, укрупнено, из двух ее наконечников с резьбовыми хвостовиками, жестко взаимосвязанными соединительным элементом, как правило, стержнем с резьбовыми концами, ввинченными во внутреннюю резьбу или, напротив, на наружную резьбу (варианты), предусмотренную на хвостовиках наконечников, с образованием, по существу, талрепа.
Эти устройства описаны здесь для краткого обзора конструкций ТС железнодорожных вагонов, поскольку заявляемая полезная модель претендует на конструктивную и функциональную оригинальность лишь фрагментов ТС и в основном в приложении к двухэтажным вагонам, для понимания «места и взаимосвязей». «Глобальные» их проблемы связаны, во-первых, со знакопеременностью нагрузок, передаваемых от кузова (надрессорной балки) к концам торсиона, а значит - ограничения по повышению долговечности (срока службы, работоспособности, надежности) всех последовательно работающих звеньев и их взаимосвязей, особенно с учетом рабочих зазоров и люфтов между ними. И, во-вторых, с относительно небольшой высотой пространства для размещения (по длине) тяг, когда не хватает достаточно места даже для установки контргаек с достаточной длиной резьбы.
Мало чем отличается от таких ТС и зарубежный торсионный стабилизатор, описанный в источнике [2. Solutions. - URL: https://www.ferrabyrne.co.uk/ solutions/ (дата выкладки: 25.02.2020)].
Известно также множество наконечников тяг в автомобилестроении (рулевые тяги, например) [3. RU 190458 U1, B62D 7/20, F16C 11/06, 01.07.2019] и [4. RU 194133 U1, F16C 11/06, B62D 7/20, 28.11.2019] (см. их критику ниже в отношении принятого за прототип).
Пример внутренней резьбы в хвостовике наконечника - [5. SHP420KR Наконечник тяги со штангой. - URL: http://tehnocomtrade.com.ua/traktora-i-pritsepy/product/shp420kr-nakonechnik-tyagi-so-shtangoj/ (Дата обращения 10.07.2020)]. Пример наружной резьбы в хвостовике наконечника - [4].
Однако в обоих этих вариантах резьба, работающая в условиях динамических знакопеременных циклических нагрузок, недолговечна и вообще подвержена механическим повреждениям, что обусловливает относительно невысокую надежность резьбы и всего талрепа. Особенно при вынужденно (по причине, как уже отмечалось выше, малого габарита тяги по длине) небольшой длине резьбовых участков и опять же вынужденно коротких накидных фиксирующих гаек.
В качестве наиболее близкого к заявляемому устройства аналога (прототипа) по назначению и, особенно, по совокупности существенных конструктивных признаков, может быть принята тяга торсионного стабилизатора поперечной устойчивости кузова транспортного средства, содержащая наконечники с цилиндрическими резьбовыми хвостовиками, жестко взаимосвязанными соединительным элементом при их соосности, с возможностью передачи знакопеременных усилий от кузова на рычаг соединения с подвижным участком торсионного вала [6. RU 2614162 С1, B60G 3/00, B60G 21/05, 23.03.2017].
В ней соединительный элемент выполнен как раз в виде упомянутого и умеренно раскритикованного выше по тексту талрепа. Причем с наружной резьбой на хвостовике верхнего наконечника, внутренней резьбой в хвостовике нижнего наконечника) и соединительного элемента с ответными резьбовыми концами и шестигранником под инструмент для регулировки длины тяги.
Однако при общности назначений тяги-прототипа и заявляемой полезной модели, такое устройство, как уже отмечалось в характеристике аналогов, резьбовые соединения талрепа недостаточно надежны, в условиях динамических знакопеременных циклических нагрузок недолговечны и вообще относительно сложны. Ситуация особенно усугубляется тем, что разработчики заявляемого стабилизатора гораздо более ограничены (повторим) в габаритах тяги по длине, что продиктовано двухэтажным типом вагона и общей компоновкой.
В соответствии с обозначенными общими недостатками прототипа (особенно в условиях ограниченности пространства по высоте для размещения тяги) и других выделенных аналогов, в условиях возрастания роли стабилизаторов поперечной устойчивости (бокового наклона, «поперечной качки») в приложении к вагонам высокоскоростных подвижных составов (и др. наземным транспортным средствам), в том числе вагонам с относительно высоким расположением центра масс, становится особенно актуальной задача повышения технико-эксплуатационных возможностей и характеристик конструкции, а именно - увеличения надежности, долговечности (работоспособности, срока службы до капремонта) и технологичности.
Итак, задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель (устройство), - разработать (предложить техническое решение проблемы преждевременного износа и механических ударных повреждений тяги, сконструировать, спроектировать) тягу для торсионного стабилизатора поперечной устойчивости, преимущественно двухэтажного железнодорожного вагона, с улучшенными технико-эксплуатационными характеристиками (ТЭХ) в части срока службы (длительной работоспособности) и простоты конструкции (технологичности). Причем при соответствии (согласно техническому заданию Заказчика) группе механического исполнения М26 по ГОСТ 30631.
Планируемый технический результат использования - улучшение ТЭХ тяги торсионного стабилизатора поперечной устойчивости (на примере двухэтажного железнодорожного вагона).
Решение обозначенной проблемы (задачи) достигается тем, что в тяге торсионного стабилизатора поперечной устойчивости кузова транспортного средства, содержащей наконечники с цилиндрическими резьбовыми хвостовиками, жестко взаимосвязанными соединительным элементом при их соосности, с возможностью передачи знакопеременных усилий от кузова на рычаг соединения с подвижным участком торсионного вала, согласно заявляемой полезной модели, резьба хвостовиков выполнена наружной, а упомянутый соединительный элемент - в виде стяжки хомутового типа с ответными внутренними резьбовыми участками и стяжными болтами в замке, и охватывает хвостовики с финишной закруткой упомянутых болтов.
На решение поставленной задачи направлены и частные существенные конструктивные признаки устройства в рамках основной совокупности его признаков, сформулированной в предыдущем абзаце и далее в формуле полезной модели, а именно:
- замок стяжки со стяжными болтами в собранном состоянии может быть расположен с внутренней стороны по отношению к продольной вертикальной плоскости стабилизатора (это позволяет рациональнее решить проблему доступа при проверках состояния тяги (соединения) и регламентных работах при обслуживании подвижного состава или иного транспортного средства);
- в замке стяжки может быть предусмотрено три стяжных болта в ряд со сферическими шайбами (это дает дополнительные преимущества, например в сравнении с двумя болтами и несферическими шайбами, суть которых - соответственно с возможностью вращать стяжку воротком в процессе регулировки длины тяги при вынутом центральным болте и недотянутых крайних болтах, а на финишном этапе вставить центральный винт, затянуть его, после чего последовательно затянуть крайние болты; а шайбы сферического типа компенсируют временную несоосность отверстий «лапок» незатянутого замка).
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 приведенного далее по тексту фрагмента перечня покупных основных комплектующих устройства, производство которых промышленно освоено.
Подробнее сущность полезной модели (на примере двухэтажного железнодорожного вагона как приоритетного объекта внедрения) раскрывается в приведенных ниже примерах, иллюстрируемых фигурами 1-3:
на фиг. 1 представлено 3D-изображение компьютерной модели тяги торсионного стабилизатора, общий вид, где позициями обозначены: 1 - наконечник верхний; 2 - наконечник нижний; 5 - соединительный элемент (стяжка хомутового типа, стяжка-хомут); 6 - стяжные болты;
на фиг. 2 показана тяга торсионного стабилизатора, продольный разрез по соединительному элементу (стяжке), где введены дополнительно позиции: 3 - хвостовик верхнего наконечника; 4 - хвостовик нижнего наконечника;
на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2, где введены дополнительно позиции: 7 - гайки; 8 - сферические шайбы.
Тяга торсионного стабилизатора поперечной устойчивости кузова транспортного средства (на примере железнодорожного вагона) содержит верхний 1 и нижний 2 наконечники с цилиндрическими резьбовыми хвостовиками 3 и 4 соответственно. Последние жестко взаимосвязаны соединительным элементом 5 при их соосности. При этом предусмотрена возможность передачи знакопеременных усилий от кузова (не показан) на рычаг (не показан) соединения с подвижным участком торсионного вала (не показан).
Резьба хвостовиков 3 и 4 выполнена наружной, а упомянутый соединительный элемент - в виде стяжки 5 хомутового типа с ответными внутренними резьбовыми участками и стяжными болтами 6 в замке, и охватывает хвостовики 3 и 4 с финишной закруткой болтов 6, преимущественно в количестве трех, распределенных равномерно по длине стяжки 5, при этом болты 6 применены, преимущественно, в комплекте с гайками 7 и сферическими шайбами 8 (см. фиг. 2, 3).
Замок (разъем) стяжки 5 со стяжными болтами 6 расположен, преимущественно, с внутренней стороны по отношению к продольной вертикальной плоскости стабилизатора.
Возможны и другие частные технические решения в рамках заявляемой совокупности существенных конструктивных признаков устройства.
Пример реализации ТС использует конкретные, освоенные промышленностью современные комплектующие, в частности стандартные изделия: болты, гайки, шайбы, подшипники (по соответствующим ГОСТам). Оригинальные детали в производстве не требуют каких-либо несуществующих технологий.
Заявляемая полезная модель включена в техническую документацию, разрабатываемую организацией-заявителем для создания пассажирского(их) вагона(ов).
Заявляемое устройство наконечника (на примере одной из двух тяг) работает следующим образом (на примере одного, бортового подвеса, в контексте работы всего ТС).
При боковых наклонах кузова транспортного средства (здесь - вагона) нагрузка (движение) передается через наконечник 1 с хвостовиком 3 стяжке 5, а от него хвостовику 4 наконечника 2 (резьбовым соединением плюс трением в таком соединении при полной закрутке болтов 6, обусловленному большой площадью охвата и усилием закрутки болтов 6) и, далее, рычагу и подвижному участку торсионного вала. В последнем возникает упругое сопротивление, которое и стабилизирует поперечную устойчивость. Нагрузка носит динамический знакопеременный характер. В отличие от резьбового соединения  (см. прототип) с контргайками при вынужденно коротких резьбовых участках, в такой стяжной конструкции 5 длины резьбовых участков достаточно для надежной и длительной работы, а хомутовая стяжка обеспечивает, за счет трения по развитым поверхностям контакта «стяжка 5 - хвостовики 3 и 4», надежную фиксацию соединения.
Таким образом, предложено техническое новшество, решающее поставленную задачу: упростить устройство и повысить его надежность, работоспособность и срок службы в условиях ограниченных компоновочных возможностей по длине тяги.