FRAME WITH SUPPORTING-GUIDING CAP
РАМА С ОПОРНО-НАПРАВЛЯЮЩИМ СТАКАНОМ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к раме для поворотной тележки рельсового транспортного средства, по меньшей мере, с одной продольной балкой, включающей в себя верхний пояс и нижний пояс, причем продольная балка имеет, по меньшей мере, один концевой участок, центральный участок и расположенный между ними переходный участок, причем концевой участок продольной балки выполнен в виде опорнонаправляющего стакана для приема первичной рессорной подвески.
Рама, как правило, имеет две расположенные параллельно друг к другу продольные балки. Каждая продольная балка, как правило, имеет центральный участок, к которому с обеих сторон прилегает в каждом случае переходный участок, а к переходному участку в каждом случае прилегает концевой участок. Изобретение подходит как для поворотных тележек с прямыми продольными балками, то есть где верхний пояс расположен на всех участках по большей части по существу в одной плоскости, так и для поворотных тележек с изогнутыми продольными балками. У изогнутых продольных балок переходный участок образует изгиб.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Поворотные тележки рельсовых транспортных средств используются, как правило, для того, чтобы располагать на них моторные вагоны или обычные железнодорожные вагоны и устанавливать соединение с рельсами. Поэтому поворотная тележка имеет в качестве центрального элемента раму, которая обычно имеет первичную рессорную подвеску для передачи усилий в контактирующую с рельсами колесную пару, а также вторичную рессорную подвеску для расположения обычного или моторного вагона. При этом рессорные подвески служат для уменьшения или гашения возникающих колебаний и делают возможным плавный ход колес при различных скоростях движения и различных фактических условиях участков железнодорожного пути, как например, движение по кривой или по прямому участку.
Следовательно, рамы должны быть выполнены таким образом, что они могут выдерживать высокие нагрузки и действующие усилия, как например силы тяжести или инерции, без того чтобы возникали пластические деформации. Поэтому рамы имеют высокие моменты сопротивления изгибам и кручению. На практике эти свойства достигаются, как правило, посредством сварной конструкции, которая включает в себя одну поперечную балку и две расположенные в концевых областях поперечной балки продольные балки. При этом продольные балки могут быть выполнены с изгибом, причем вследствие этого образуется выступающий в направлении рельсов центральный участок, который соединен с поперечной балкой. Отходя в каждом случае с обеих сторон от центрального участка, образуется - диагональный только у изогнутых продольных балок - переходный участок и, прилегая к нему, параллельный по существу к центральному участку (у изогнутых продольных балок) или расположенный на той же высоте (у прямых продольных балок) концевой участок для приема первичной рессорной подвески.
Для того чтобы была возможности принимать образующие первичную рессорную подвеску цилиндрические рессоры, спиральные рессоры или листовые рессоры, концевые участки продольной балки выполнены в виде опорнонаправляющих стаканов. Опорнонаправляющий стакан служит для того, чтобы центрировать рессору и вводить усилия в рессору, причем одновременно ограничивается максимальное отклонение рессоры в радиальном направлении. Поэтому опорнонаправляющий стакан, как правило, имеет круглое, овальное или прямоугольное поперечное сечение и открыт в направлении колесной пары, то есть в рабочем положении вниз, так что в поперечном сечении образуется открытый профиль. Переходу от поперечного сечения, например закрытого коробчатого поперечного сечения, продольной балки в области центрального участка и переходного участка к открытому поперечному сечению опорнонаправляющего стакана следует уделять наибольшее внимание, так как речь идет о высоконагруженной области, которая благодаря размещению там сварных швов дополнительно ослабляется, в частности так как напряжения в сварных швах должны удерживаться на низком уровне.
Таким образом, недостаток уровня техники заключается в том, что должны предприниматься трудоемкие технологические меры, как например размещение отверстий доступа с крышками, для того чтобы была возможность укладывать сварные швы в нагруженных зонах. Другой недостаток заключается в том, чтобы локально придавать избыточные размеры соответствующим местам, вследствие чего увеличивается вес и расходы на материал.
ЗАДАЧА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Поэтому задача изобретения состоит в предложении рамы для поворотной тележки рельсового транспортного средства, которая преодолевает недостатки уровня техники и образует оптимизированный переход между переходным участком и концевым участком, так что улучшается кривая жесткости между образующим опорнонаправляющий стакан концевым участком и переходным участком. Кроме того, изобретение должно отличаться низким расходом материала, низкими производственными затратами и предпочтительным прохождением сварных швов.
ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Эта задача решается с помощью рамы для поворотной тележки рельсового транспортного средства с признаками пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения указаны в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения.
Изобретение относится к раме для поворотной тележки рельсового транспортного средства, по меньшей мере, с одной продольной балкой, включающей в себя верхний пояс и нижний пояс, причем продольная балка имеет, по меньшей мере, один концевой участок, центральный участок и расположенный между ними переходный участок, причем концевой участок продольной балки выполнен в виде опорнонаправляющего стакана для приема первичной рессорной подвески.
При этом согласно изобретению предусмотрено то, нижний пояс имеет в области переходного участка изгиб, который выполнен таким образом, что воображаемое продление нижнего пояса и сам верхний пояс или воображаемое продление верхнего пояса пересекаются в концевом участке.
Благодаря предусмотрению изгиба, который может быть выполнен в виде дуги окружности, эллипса или выпуклости, силовой поток оптимально вводится в нижний пояс. Такой ввод достигается вследствие того, что нижний пояс проходит через изгиб в направлении верхнего пояса, вследствие чего нижний пояс на своем конце может соединяться, в частности свариваться с верхним поясом. В дальнейшем в качестве переходного участка понимается та область, до которой проходит нижний пояс. Вследствие этого введенное через опорнонаправляющий стакан усилие или вводимое в опорнонаправляющий стакан усилие также в переходе между концевым участком и переходным участком оптимально вводится в верхний и нижний пояс.
Верхний пояс продольной балки образует, как правило, на согласованном с концевым участком конце область, которая проходит параллельно к центральному участку (у изогнутой продольной балки) или продолжается в одной плоскости от центрального участка через переходный участок к концевому участку (у прямой продольной балки). В этом случае продление нижнего пояса, то есть воображаемое продление от того конца нижнего пояса, который отвернут от центрального участка, пересекает верхний пояс именно в той параллельной или плоской области. В этом месте пересечения может проходить, например сварной шов, при помощи которого соединены верхний пояс и нижний пояс. Так как место, в котором оба пояса пересекают друг друга, образует начало концевого участка, точка пересечения расположена именно в том концевом участке.
Однако в альтернативных вариантах осуществления может быть предусмотрено то, что верхний пояс и нижний пояс не соединены непосредственно друг с другом, а в переходном участке на верхнем поясе расположен дальнейший элемент, который продлевает верхний пояс. В этом случае продление нижнего пояса, описанное выше, пересекает не сам верхний пояс, а лишь воображаемое продление верхнего пояса. Точка пересечения находится либо в начале концевого участка, если верхний пояс несмотря ни на что имеет параллельный участок, либо она находится в области выше концевого участка, если верхний пояс уже кончается в диагональной области переходного участка изогнутой продольной балки. Таким образом, действительное соединение, в частности сваривание нижнего пояса с верхним поясом осуществляется через дальнейший элемент, который действует при этом в качестве соединительного элемента между обоими поясами.
В дальнейшем варианте осуществления соответствующей изобретению рамы предусмотрено то, что конец нижнего пояса и конец верхнего пояса образуют угол, который находится в диапазоне от 60°, предпочтительно 70°, наиболее предпочтительно 80°, до 90°. Само собой разумеется, устанавливаемый угол относится также к воображаемым продлениям концов поясов, если нижний пояс не соединен непосредственно с верхним поясом. В любом случае угол относится к острому углу, который обычно образуется на конце переходного участка между верхним и нижним поясом. Благодаря примыканию нижнего пояса под острым углом или под прямым углом возникает наиболее оптимальный силовой поток и предпочтительная укладка сварного шва, который расположен на соответственно тупой стороне угла, то есть на доступной снаружи стороне.
Наиболее хорошие механические свойства, которые были запрошены в поставленной вначале задаче, достигаются вследствие того, что продольная балка имеет на переходном участке, по меньшей мере, на отдельных отрезках первое поперечное сечение, причем первое поперечное сечение выполнено либо в виде закрытого коробчатого поперечного сечения, которое состоит из верхнего пояса, нижнего пояса и соединяющих оба пояса боковых элементов, которые свариваются друг с другом, либо в виде двутаврового профиля, который состоит из верхнего пояса, нижнего пояса и соединяющей оба пояса стенки.
Для того чтобы увеличивать длину сварных швов и выносить концы сварных швов из высоконагруженных зон, предпочтительный вариант осуществления соответствующей изобретению рамы предусматривает, что опорнонаправляющий стакан включает в себя дно стакана для приема первичной рессорной подвески, а также боковую стенку для частичного охвата первичной рессорной подвески, причем боковая стенка опорнонаправляющего стакана имеет, по меньшей мере, один выступ, который, по меньшей мере, частично контактирует с имеющим изгиб участком нижнего пояса. При этом блоковая стенка опорнонаправляющего стакана может быть выполнена из отдельного пластинчатого элемента или же может состоять из нескольких соединенных друг с другом, предпочтительно сваренных пластин. При этом блоковая стенка, по меньшей мере, частично образует поперечное сечение, которое в полной мере окружает первичную рессорную подвеску и ограничивает движение первичной рессорной подвески в направлении нормальном к направлению основной рессоры.
С одной стороны благодаря выступу, который прилегает к изгибу нижнего пояса и потому суживается, как правило, в направлении центрального участка, удлиняется сварной шов между нижним поясом и боковой стенкой опорнонаправляющего стакана, вследствие чего может уменьшаться поперечное сечение сварного шва по сравнению с уровнем техники. С другой стороны сварной шов заканчивается в этом случае не в высоконагруженной области, что положительно сказывается на прочностных свойствах. Равным образом положительно сказывается выступ в качестве усиливающего элемента на моменте сопротивления продольной балки изгибу.
Согласно дальнейшему предпочтительному варианту осуществления соответствующей изобретению рамы нижний пояс, по меньшей мере, частично образует боковую стенку опорнонаправляющего стакана. В частности имеющий изгиб участок нижнего пояса подходит для образования боковой поверхности боковой стенки. Вследствие этого с одной стороны доходит до экономии материала, а с другой стороны до сокращения сварных швов, что влечет за собой снижение производственных затрат.
Так как во время эксплуатации в нижнем поясе в области изгиба могут возникать растягивающие напряжения, которые могут нагружать сварной шов между выступом и нижним поясом, дальнейший предпочтительный вариант осуществления соответствующей изобретению рамы предусматривает, что выступ опорнонаправляющего стакана контактирует с нижним поясом - дополнительно или альтернативно - на неизогнутом участке, который обращен к центральному участку продольной балки. Таким образом, выступ выводится за изгиб. В области контакта выступ соединен, предпочтительно сварен непосредственно с нижним поясом и/или с дальнейшим элементом рамы, например с направляющей колесной пары.
Для того чтобы достигать наиболее простой конструкции и изготовления, в дальнейшем варианте осуществления предусмотрено то, что верхний пояс образует дно стакана.
В наиболее предпочтительном варианте осуществления соответствующей изобретению рамы дно стакана является пластинчатым элементом, который соединен, по меньшей мере, с верхним поясом. Благодаря выполнению дна стакана посредством отдельного пластинчатого элемента, этот элемент может иметь большую толщину, чем верхний пояс или нижний пояс, для того чтобы была возможность воспринимать высокую нагрузку. Вследствие этого сам верхний пояс или сам нижний пояс, которые воспринимают меньшую, ввиду разделения на оба пояса нагрузку, могут иметь меньшую толщину стенки, так что вес рамы в целом уменьшается.
Дальнейший наиболее предпочтительный вариант осуществления предусматривает то, что дно стакана имеет для присоединения к верхнему поясу и нижнему поясу вильчатый присоединительный участок. Для того чтобы воспринятые дном стакана усилия равномерно вводить в верхний и нижний пояс, без того чтобы при этом была необходимость снабжать сильно нагруженный переход между дном стакана непосредственно сварным швом, вильчатый присоединительный участок выполнен таким образом, что, по меньшей мере, один вильчатый выступ выступает за верхний пояс и, по меньшей мере, частично с ним контактирует, для того чтобы соединять, предпочтительно сваривать дно стакана с верхним поясом, а также, по меньшей мере, один дальнейший вильчатый выступ выступает за нижний пояс и, по меньшей мере, частично контактирует с ним в области переходного участка, для того чтобы соединять, предпочтительно сваривать дно стакана с нижним поясом.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖА
Для дальнейшего разъяснения изобретения в последующей части описания делается ссылка на чертеж, из которого можно позаимствовать дальнейшие предпочтительные варианты осуществления, подробности и усовершенствования изобретения. Чертеж следует понимать в качестве примера, и хотя он должен представлять характер изобретение, однако никоим образом не ограничивать его или даже не отображать в окончательном виде. На чертеже показаны:
фиг. 1 - вид сбоку рамы согласно уровню техники;
фиг. 2 - вид снизу рамы согласно уровню техники;
фиг. 3 - вид сбоку варианта осуществления соответствующей изобретению рамы;
фиг. 4 - вид снизу соответствующей изобретению рамы;
фиг. 5 - поперечное сечение через продольную балку соответствующей изобретению рамы по линии A-A c фиг. 3;
фиг. 6 - изображение поворотной тележки с соответствующей изобретению рамой;
фиг. 7 - вид в перспективе альтернативного варианта осуществления соответствующей изобретению рамы; и
фиг. 8 - дальнейший вид в перспективе альтернативного варианта осуществления соответствующей изобретению рамы.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Фиг. 1 и 2 показывают изогнутую продольную балку 1 рамы для поворотной тележки согласно уровню техники, включающую в себя верхний пояс 2 и нижний пояс 3. При этом продольная балка 1 имеет выступающий в рабочем положении вниз центральный участок 6, на котором расположена поперечная балка 13. Отходя от центрального участка 6, образуются два расположенных под углом к центральному участку переходных участка 5, которые в каждом случае заканчиваются концевым участком 4, причем концевые участки 4 проходят по существу параллельно к центральному участку 6. В дальнейшем более подробно описывается только одна сторона продольной балки 1, причем конструктивные исполнения относятся естественно также к другой стороне.
Верхний пояс 2 и нижний пояс 3 проходят в центральном участке 6, на большей части переходного участка 5 и в концевом участке 4 примерно параллельно и посредством неизображенных боковых стенок соединены друг с другом в закрытое первое, в данном случае коробчатое, поперечное сечение 7 (см. фиг. 5). При этом концевой участок 4 образует опорнонаправляющий стакан 8, который служит для приема первичной рессорной подвески, например цилиндрической рессоры, спиральной рессоры или листовой рессоры, поворотной тележки. При этом опорнонаправляющий стакан 8 включает в себя дно 10 стакана, на которое опирается первичная рессорная подвеска, и при помощи которого первичная рессорная подвеска центрируется. Кроме того, опорнонаправляющий стакан 8 включает в себя также боковую стенку 11, которая окружает первичную рессорную подвеску в области концевого участка 4 продольной балки 1.
Для того чтобы была возможность принимать первичную рессорную подвеску в опорнонаправляющем стакане 8, нижний пояс 3 в концевом участке 4 доходит только до боковой стенки 11 опорнонаправляющего стакана 8 и охватывает боковую стенку 11, по меньшей мере, вдоль участка поверхности стенки. В других вариантах осуществления нижний пояс 3 выполнен в виде опорной поверхности для боковой стенки 11 и входит с ней в зацепление, по меньшей мере, местами, причем нижний пояс 3 имеет в этом случае выемку, через которую первичная рессорная подвеска входит в опорнонаправляющий стакан 8. Существует множество других вариантов осуществления, которые не описываются более подробно, так как все они имеют одинаковую проблематику:
В области перехода к опорнонаправляющему стакану 8 поперечное сечение меняется с закрытого коробчатого поперечного сечения 7 (см. фиг. 5) на открытое поперечное сечение, которое обусловлено необходимостью приема первичной рессорной подвески. Вследствие этого устанавливается резкое и неблагоприятное изменение кривой жесткости продольной балки 1, причем также укладка сварных швов, для того чтобы соединять опорнонаправляющий стакан 8 или его боковую стенку 11 с верхним поясом 2 или нижним поясом 3, оказывает отрицательное воздействие на эту кривую. Концы сварных швов представляют собой наиболее опасные зоны и в описанном примере осуществления находятся в высоконагруженном участке между опорнонаправляющим стаканом 8 и переходным участком 5 продольной балки 1.
Фиг. 2 показывает альтернативный вид описанного выше варианта осуществления рамы согласно уровню техники, причем изображена принимающая первичную рессорную подвеску сторона рамы. При этом можно в частности увидеть соединенную с центральным участком 6 продольной балки 1 поперечную балку 13. Равным образом на этой фигуре можно увидеть, что боковая стенка 11 опорнонаправляющего стакана 8 имеет прямоугольное поперечное сечение, которое на углах скруглено, а также частичный охват боковой стенки 11 нижним поясом 3.
Теперь фиг. с 3 по 6 относятся к варианту осуществления соответствующей изобретению рамы. Продольная балка 1 также имеет один центральный участок 6, два концевых участка 4 и два переходных участка 5 и соединена в центральном участке 6 с поперечной балкой 13. На отличиях при описании участков останавливаются в дальнейшем.
На фиг. 3 можно ясно увидеть, что нижний пояс 3 имеет согласно изобретению изгиб 9, который выполнен таким образом, что нижний пояс 3 замыкает коробчатое поперечное сечение 7 в переходном участке 5, изгибаясь в направлении верхнего пояса 2. При этом радиус изгиба или радиус сегмента окружности выбран настолько большим, насколько это конструктивно возможно, для того чтобы получать оптимальные соотношения напряжений. В описанном примере осуществления нижний пояс 3 и тем самым естественно также воображаемое продление нижнего пояса 3 пересекает верхний пояс 2 напрямую, причем устанавливается угол в 90° между верхним поясом 2 и продлением нижнего пояса 3. На замыкающем конце верхнего пояса 2 и нижнего пояса 3 предусмотрен сварной шов, который соединяет верхний пояс 2 и нижний пояс 3. Граница между переходным участком 5 продольной балки 1 и концевым участком 4 находится в том месте, в котором пересекаются верхний пояс 2 и нижний пояс 3, причем само место пересечения относится и к переходному участку 5, и к концевому участку 4.
Подобное исполнение предоставляет несколько преимуществ: с одной стороны верхний пояс 2 и нижний пояс 3 образуют, если смотреть в направлении поперечной балки 13, сплошной закрытый профиль, который делает возможной оптимизированную кривую жесткости, а с другой стороны воздействующее на продольную балку 1 усилие распределяется непосредственно на верхний пояс 2 и нижний пояс 3.
Дальнейший аспект изобретения относится к исполнению опорнонаправляющего стакана 8, которое в связи с вышеуказанным приводит к наиболее предпочтительной синергии. Боковая стенка 11 опорнонаправляющего стакана имеет на каждой стороне выступ 12, который охватывает нижний пояс 3, то есть контактирует с нижним поясом в той имеющей изгиб 9 области. При этом, как правило, выступ 12 соединяется в каждом случае поблизости от продольной кромки или на продольной кромке нижнего пояса 3 с нижним поясом 3. Вследствие этого сварной шов, который соединяет опорнонаправляющий стакан 8 с нижним поясом 3, может выполняться существенно длиннее, вследствие чего толщина сварного шва может уменьшаться, и в частности конец сварного шва может располагаться в менее нагруженном участке нижнего пояса 3, находящемся ближе к центральному участку 6. При этом выступы 12 проведены вплоть до участка позади изгиба 9, на котором нижний пояс 3 проходит по существу прямолинейно. При этом боковая стенка 11 может быть изготовлена из одной детали или из нескольких соединенных друг с другом, предпочтительно сваренных, пластинчатых деталей. При этом ширина выступа, то есть тот размер, который обозначает расстояние от внешней кромки выступа 12 до кромки, контактирующей с нижним поясом 3, составляет, по меньшей мере, от 100 до 150 мм, причем большим чем 150 мм размерам ширины следует в основном отдавать предпочтение, если это допускают другие конструктивные узлы рамы.
Для направления первичной рессорной подвески необходимо, чтобы она в полной мере окружалась боковой стенкой 11. В описанном примере осуществления нижний пояс 3 образует на имеющем изгиб 9 и соединенном с верхним поясом 2 участке часть поверхности боковой стенки 11, а точнее обращенную к поперечной балке 13 боковую поверхность боковой стенки 11.
Дно 10 опорнонаправляющего стакана 8 образуется верхним поясом 2. Однако в альтернативных вариантах осуществления дном 10 стакана является отдельный конструктивный элемент, который соединяется, предпочтительно сваривается с верхним поясом 2. Вследствие этого дно 10 стакана может простым образом иметь большую толщину, чем сам верхний пояс 2. При этом, для того чтобы делать возможным оптимальное присоединение к изогнутому согласно изобретению нижнему поясу 3, дно 10 стакана может иметь вильчатый присоединительный участок, причем, по меньшей мере, одни из вил соединены с нижним поясом 3 и, по меньшей мере, одни из вил с верхним поясом 2, так что сварные швы не проходят непосредственно в области места пересечения верхнего пояса 2 и нижнего пояса 3.
На фиг. 4 можно ясно увидеть соответствующее изобретению исполнение боковой стенки 11 опорнонаправляющего стакана 8 с расположенными с обеих сторон выступами 12.
Фиг. 6 показывает соответствующую изобретению раму в поворотной тележке. При этом в опорнонаправляющие стаканы 8 вставлены в частности первичные рессоры 14, которые на том конце, который противоположен дну 10 стакана, соединены с колесной парой 15. При этом колесная пара 15 закреплена при помощи направляющего элемента 16 колесной пары на раме. Выступы 12 боковой стенки 11 проведены вплоть до присоединенной к раме части направляющего элемента 16 колесной пары и соединены, предпочтительно сварены с ней. На центральном участке 6 продольной балки 1 посередине расположена вторичная рессора 17. В дополнение к рессорам расположены также амортизаторы 18 на каждой из рессор 14, 17.
Фиг. 7 и 8 показывают альтернативный вариант осуществления соответствующей изобретению продольной балки 1, в частности переходного участка 5 и концевого участка 4 на изображении в перспективе. В отличие от первого примера осуществления первое поперечное сечение 7 выполнено в данном случае в виде двутаврового профиля, причем верхний пояс 2 и нижний пояс 3 соединены при помощи стенки 19. Равным образом можно хорошо увидеть сам опорнонаправляющий стакан 8, вместе с его боковой стенкой 11 и выступом 12, который частично охватывает изгиб 9. В частности фиг. 8 отчетливо показывает опорнонаправляющий стакан 8, так что можно ясно увидеть, где расположена первичная рессора 14 в поворотной тележке.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
1 продольная балка
2 верхний пояс
3 нижний пояс
4 концевой участок
5 переходный участок
6 центральный участок
7 первое поперечное сечение (коробчатый или двутавровый профиль)
8 опорнонаправляющий стакан
9 изгиб
10 дно стакана
11 боковая стенка опорнонаправляющего стакана 8
12 выступ боковой стенки 11
13 поперечная балка
14 первичная рессора
15 колесная пара
16 направляющий элемент колесной пары
17 вторичная рессора
18 амортизаторы
19 стенка двутаврового профиля