УСТРОЙСТВО СОПРЯЖЕНИЯ БОКОВОЙ РАМЫ ТЕЛЕЖКИ ГРУЗОВОГО ВАГОНА С ПОДШИПНИКОВЫМ УЗЛОМ КОЛЕСНОЙ ПАРЫ

Заявляемая полезная модель относится к железнодорожному транспорту и касается конструкции элементов тележки грузовых вагонов, а именно конструкции устройства сопряжения боковой рамы тележки грузового вагона с подшипниковым узлом колесной пары.
Из области техники известна конструкция упругой сменной надбуксовой износостойкой прокладки, устанавливаемой в челюстном проеме боковой рамы грузовой тележки между горизонтальной опорной поверхностью боковой рамы и адаптером колесной пары тележки [CA, Патент №02276228 от 21.01.2000 г.]. Конструкция износостойкой прокладки представляет собой основание с двумя противоположными боковыми лепестками. Из средней части каждого из лепестков выходят подпружиненные плечики для упруго крепления вышеуказанного основания к боковой раме. После установки подпружиненные плечики износостойкой накладки обеспечивают ее фиксацию на боковой раме за счет силы трения, возникающей в результате сцепления только лишь краев лепестков с боковыми стенками надбуксовой зоны боковой рамы. Ограничение от вертикальных перемещений износостойкой пластины обеспечивается за счет продольного прилива, отлитого на боковой стенке рамы в надбуксовой зоне, а от продольных перемещений упорами, также отлитыми на боковых стенках рамы в надбуксовой зоне.
Данная конструкция сменного наличники не применима для уже эксплуатируемых тележек на пространстве колеи 1520 мм при их ремонте, поскольку для надежного крепления данной износостойкой накладки и исключения ее перемещения в вертикальной и продольной плоскостях необходима существенная доработка используемых боковых рам, а именно наплавка бурта на боковые стенки рамы в надбуксовой зоне. Термическое воздействие, вызванное сварочным процессом в надбуксовой зоне боковой рамы может привести к образованию усталостных трещин в процессе эксплуатации тележек, и как следствие разрушение боковой рамы в зоне надбуксового узла, что может стать причиной схода и крушения поезда.
Также износостойкая пластина должна изготавливаться из дорогостоящей стали, поскольку для повышения упругих свойств износостойкой пластины (необходимых для надлежащего прижатия подпружиненных плечиков к боковым стенкам рамы) должна применяться сталь с большим содержанием углерода и легирующих элементов. Кроме того, для снятия напряжений, возникших в износостойкой пластине, изготовленной из пружинной стали, в зонах ее изгиба требуется термообработка данной пластины, что в свою очередь ведет к усложнению технологии изготовления самой пластины.
Также из уровня техники известна железнодорожная тележка в конструкции которой применяется износостойкая накладка из листовой стали, выполненная по форме надбуксовой опорной поверхности боковой рамы и укрепляемая приваркой по контуру этой поверхности (см. Пранов А.А., Шанаурин. A.M.. Комплексная модернизация двухосной тележки модели 18-100. Тяжелое машиностроение, №10, 2000, с. 32).
Недостатком этого решения является необходимость приварки накладки к опорной поверхности боковой рамы протяженными сварными швами вблизи зон, испытывающих в процессе эксплуатации высокие циклические и ударные нагрузки, напряжения от которых часто совпадают по знаку с термическими напряжениями от сварки, и, суммируясь с ними, снижают эксплуатационную надежность детали. Кроме того, приварка не позволяет дефекто-скопировать надбуксовую стенку боковой рамы, что ухудшает ее ремонтопригодность.
Наиболее близкой по конструктивным признакам является сменная износостойкая прокладка узла сопряжения боковой рамы тележки с корпусом буксы колесной пары [BY, Патент №6948 от 30.04.2013 г.]. Износостойкая прокладка размещена в буксовом проеме боковой рамы тележки между потолочной поверхностью буксового проема и опорными поверхностями корпуса буксы. Износостойкая прокладка состоит из крепительной скобы с отгибаемыми лапками, а также двух износостойких пластин, которые приварены сварным швом к крепительной скобе со стороны, обращенной к корпусу буксы. Предлагаемая конструкция работает следующим образом. При установке износостойкой прокладки на боковую раму лапки крепительной скобы отгибаются в технологическое отверстие и фиксируют сменную прокладку в буксовом проеме. При сборке боковой рамы с корпусом буксы опорные поверхности корпуса буксы контактируют с износостойкими пластинами. Крепительная скоба с отгибаемыми лапками изготовлена из листовой малоуглеродистой стали OK370B5 толщиной 3 мм. Износостойкие пластины изготовлены из износостойкой стали 20ХГСА толщиной 5 мм и приварены сварным швом к крепительной скобе со стороны, обращенной к корпусу буксы.
Конструкция данного узла сопряжения боковой рамы тележки с корпусом буксы колесной пары выбрана в качестве прототипа для заявляемой полезной модели.
К недостаткам данного узла относится то, что недостаточная толщина крепительной скобы, а также ее геометрические размеры, а именно, высота и ширина боковых полос с отгибаемыми лапками крепительной скобы не обеспечивают надежного крепления износостойкой скобы, в следствии чего в процессе эксплуатации таких износостойких прокладок наблюдается системное разгибание боковых полок крепительной скобы и лапок (не редко сопровождаемое с образованием трещин, разрывов и сколов элементов крепительной скобы) под воздействием продольных и поперечных сил, действующих на тележку и как результат происходит перемещение износостойкой скобы вдоль и поперек рамы, а в последствии выпадение ее на путь.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключатся в создании конструкции устройства сопряжения боковой рамы тележки грузового вагона с подшипниковым узлом колесной пары оснащенного сменным износостойким наличником, фиксируемым с помощью образованных литейными стержнями в процессе изготовления технологических отверстий боковой рамы, посредством крепительной скобы, имеющей оптимальные геометрических характеристики, позволяющие исключить разгибание боковых ее поверхностей и тем сам предотвратить ослабевание крепления сменной износостойкой прокладки, обеспечить надежное и плотное ее прилегание ко всем поверхностям боковой рамы в надбуксовой зоне, не затрудняя при этом контроль визуальным осмотром радиусов буксового проема боковой рамы.
Поставленная задача решается следующим образом.
Боковые полки крепительной скобы сменного наличника выполнены конгруэнтно боковым поверхностям надбуксового участка верхнего пояса боковой рамы, тем самым обеспечивая плотное прилегание боковых полок крепительной скобы по всей длине верхнего пояса надбуксовой зоны боковой рамы, который может иметь различное поперечное сечение, как правило, уменьшающееся от внутренней челюсти боковой рамы к наружной челюсти.
Боковые полки имеют ширину «B» в основании крепительной скобы и плавно переходят на высоте «H» в ветви, имеющие ширину «A». Ширина «B» боковой полки выполнена в пределах 3,33A≤B≤3,91A, а отношение H/B составляет не менее 0,14. Крепительная скоба имеет толщину «S» не менее 0,97 отношения B/A, при этом боковые полки крепительной скобы имеют по ее торцам высоту «h», которая составляет не менее 1/2 «H» образуя П-образную форму по всей длине сменного наличника, тем самым обеспечивая постоянный контакт боковых полок крепительной скобы с боковыми стенками верхнего пояса боковой рамы в надбуксовой зоне по все длине сменного наличника не перекрывая при этом и не затрудняя визуальный осмотр радиусов буксового проема.
Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что устройство сопряжения боковой рамы тележки грузового вагона с подшипниковым узлом колесной пары представляет собой сменный наличник, который устанавливается в буксовом проеме боковой рамы между ее опорной горизонтальной поверхностью и опорными поверхностями подшипникового узла колесной пары. Сменный наличник состоит из износостойкой пластины изготовленной из стали 38ХС или ее аналогов. Износостойкая пластина приварена к крепительной скобе которая имеет боковые полки, выступающие вверх с противоположных сторон от основания крепительной скобы. В основании крепительной скобы боковые полки имеют ширину «B» и под углом увеличиваясь к центру крепительной скобы плавно переходят на высоте «H» в ветви, имеющие ширину «A». Ширина боковых полок на высоте «H» равна ширине «A» ветвей, с помощью которых сменный наличник крепится через технологические отверстия надбуксового участка верхнего пояса боковой рамы. Технологические отверстия боковой рамы образованны литейными стержнями в процессе ее изготовления. Крепительная скоба изготавливается из низкоуглеродистой стали или ее аналогов, имеющих достаточные пластичные свойства для загибания ветвей крепительной скобы в технологические отверстия (например Ст3). Толщина «S» крепительной скобы подбирается не менее 0,97 отношения ширины боковых полок «B» к ширине ветвей «A», при этом ширина «B» выполнена в пределах 3,22A≤B≤3,91A, а отношение высоты боковых полок «H» к их ширине «B» у основания крепительной скобы составляет не менее 0,14. Оптимальная толщина крепительной скобы должна составлять 4 мм. Боковые полки крепительной скобы имеют по ее торцам высоту «h», которая составляет не менее половины высоты боковых полок «H», обеспечивая при этом постоянное П-образное сечение крепительной скобы по всей длине сменного наличника. Вместе с этим, боковые полки крепительной скобы выполнены конгруэнтно боковым поверхностям надбуксового участка верхнего пояса боковой рамы повторяя конфигурацию боковых стенок верхнего пояса.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, на которых изображены:
фиг. 1 - устройство сопряжения боковой рамы тележки грузового вагона с подшипниковым узлом колесной пары;
фиг. 2 - крепительная скоба сменного наличника.
Устройство сопряжения боковой рамы тележки грузового вагона с подшипниковым узлом колесной пары представляет собой сменный наличник 1. Сменный наличник 1 устанавливается в буксовом проеме 2 боковой рамы 3 между опорной горизонтальной поверхностью 4 и опорными поверхностями 5 подшипникового узла 6 колесной пары. Сменный наличник 1 состоит из износостойкой пластины 7 изготовленной из стали 38ХС. Износостойкая пластина может изготавливаться и из других марок сталей, обладающих повышенной твердостью по отношению к обычной углеродистой стали, при этом имеющей удовлетворительную свариваемость, поскольку износостойкая пластина 7 приварена к крепительной скобе 8. Крепительная скоба 8 имеет боковые полки 9, выступающие в верх с противоположных сторон от основания 10 крепительной скобы 8. В основании 10 крепительной скобы 8 боковые полки 9 имеют ширину «B» и на высоте «H» переходят в ветви 11, имеющие ширину «A». Форма боковых полок 9 близка к форме равнобедренной трапеции, т.е. поперечное сечение крепительной скобы 8 плавно увеличивается к ее центру. Ширина боковых полок 9 на высоте «H» равна ширине «A» ветвей 11, с помощью которых сменный наличник 1 крепится через технологические отверстия 12 надбуксового участка 13 верхнего пояса боковой рамы 3. Технологические отверстия 12 боковой рамы 3 образованны литейными стержнями в процессе ее изготовления. Крепительная скоба 8 изготавливается из стали Ст3. Толщина «S» крепительной скобы 8 должна быть не менее 0,97 отношения ширины «B» боковых полок 9 к ширине «A» ветвей 11, при этом ширина «B» выполнена в пределах 3,33A≤B≤3,91A, а отношение высоты «H» боковых полок 9 к их ширине «B» у основания 10 крепительной скобы 8 составляет не менее 0,14. Боковые полки 9 крепительной скобы 8 имеют по ее торцам 14 высоту «h», которая составляет не менее половины высоты «H» боковых полок 9, обеспечивая при этом постоянное П-образное сечение крепительной скобы 8 по всей длине сменного наличника 1. Боковые полки 9 крепительной скобы 8 выполнены конгруэнтно боковым поверхностям надбуксового участка 13 верхнего пояса боковой рамы 3 повторяя конфигурацию боковых стенок верхнего пояса.
Технический результат от решения поставленной задачи заключается в том, что создана конструкция устройства сопряжения боковой рамы тележки грузового вагона с подшипниковым узлом колесной пары оснащенного сменным износостойким наличником, фиксируемым через технологические отверстия боковой рамы, посредством крепительной скобы, имеющей оптимальные геометрические характеристики, позволяющие исключить разгибание боковых ее поверхностей и тем сам предотвратить ослабевание крепления сменного износостойкого наличника, обеспечить надежное и плотное ее прилегание ко всем поверхностям боковой рамы в надбуксовой зоне, не затрудняя при этом контроль визуальным осмотром радиусов буксового проема боковой рамы.
Геометрические размеры крепительной скобы, включая ее толщину подобраны таким образом, что по всей длине боковых стенок сменного наличника выступающих в верх от его основания, а также в местах загиба ветвей обеспечивается поперечное сечение крепительной скобы, достаточное чтобы исключить ее разгибание и разрушение в процессе эксплуатации от воздействия динамических сил в буксовом проеме.
Выполнение боковых полок крепительной скобы сменного наличника конгруэнтно боковым поверхностям надбуксового участка верхнего пояса боковой рамы обеспечивает плотное прилегание боковых полок крепительной скобы по всей длине верхнего пояса надбуксовой зоны боковой рамы, который может иметь различное поперечное сечение, как правило, уменьшающееся от внутренней челюсти боковой рамы к наружной челюсти.
Выполнение боковых полок на торцах крепительной скобы с заданной высотой позволяет получить П-образную форму по всей длине сменного наличника, тем самым увеличивается площадь постоянного контакта боковых полок крепительной скобы с боковыми стенками верхнего пояса боковой рамы в надбуксовой зоне по все длине сменного наличника не перекрывая при этом и не затрудняя визуальный осмотр радиусов буксового проема.
В настоящее время по заявляемой полезной модели разработана конструкторская документация, опытные образцы прошли все необходимые испытания.