ШАРНИРНЫЙ УЗЕЛ СОЕДИНЕНИЯ ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ (ВАРИАНТЫ)
HINGE JOINT FOR FREIGHT CARS (OPTIONS)

Изобретение относится к конструкции узла соединения сочлененных грузовых вагонов.
Известен шарнирный узел соединения грузовых вагонов, включающий пятниковую и поводковую части, соответственно содержащие присоединительные хвостовики для соединения с хребтовыми балками и шарнирно связанные между собой соединительными концами с помощью центрального пальца, соединительный конец пятниковой части выполнен с верхней полкой и нижней опорной площадкой, нижняя наружная сторона которой выполнена в виде опорного пятника, верхняя внутренняя сторона выполнена с опорной проточкой, в которой размещено опорное кольцо, на которое опирается соединительный конец поводковой части, выполненный с монтажным отверстием, в котором своей средней частью размещен центральный палец, установленный своим нижним концом в отверстии нижней опорной площадки, верхним - в отверстии верхней полки пятниковой части, на которой зафиксирован штифтом, см. RU 177422 U1, B61G 5/02, опубл. 21.02.2018.
Известен также шарнирный узел соединения грузовых сочлененных вагонов, включающий пятниковую и поводковую части, соответственно содержащие присоединительные хвостовики для соединения с хребтовыми балками, пятниковая и поводковая части шарнирно связаны между собой соединительными концами с помощью центрального пальца, соединительный конец пятниковой части выполнен с верхней полкой и нижней опорной площадкой, нижняя наружная сторона которой исполнена в виде опорного пятника, на внутренней стороне нижней опорной площадки смонтировано кольцевое седло, рабочая поверхность которого выполнена как часть сферы, контактно взаимодействующей с ответной сферической рабочей поверхностью опорного кольца, на которое опирается соединительный конец поводковой части, выполненный с монтажным отверстием, в котором своей средней частью размещен центральный палец, установленный своим нижним концом в отверстии нижней опорной площадки, верхним - в отверстии верхней полки пятниковой части, на которой зафиксирован штифтом, см. RU 161501 U1, B61G 5/02, B61D 3/10, опубл. 20.04.20216 (прототип).
Общей технической проблемой, характерной для данных устройств, являются низкие эксплуатационные возможности, в частности, небольшой угол взаимных перемещений пятниковой и поводковой частей, а также небольшой угол взаимного поворота по продольным осям пятниковой и поводковой частей, ограниченный зазором между центральным пальцем и монтажным отверстием соединительного конца поводковой части, а также высокие внутренние контактные механические напряжения, возникающие между указанными деталями при их граничных предельных взаимных положениях.
Техническим результатом заявляемой группы изобретений является увеличение эксплуатационных возможностей, полученное за счет увеличения угла взаимного перемещения пятниковой и поводковой частей в вертикальной плоскости, а также исключение внутренних контактных механических напряжений между центральным пальцем и монтажным отверстием соединительного конца поводковой части.
Заявленный технический результат по первому варианту обеспечивается шарнирным узлом соединения грузовых вагонов, включающий пятниковую и поводковую части, соответственно содержащие присоединительные хвостовики для соединения с хребтовыми балками, пятниковая и поводковая части шарнирно связаны между собой с помощью центрального пальца, соединительный конец пятниковой части выполнен с верхней полкой и нижней опорной площадкой, нижняя наружная сторона которой исполнена в виде опорного пятника, на внутренней стороне нижней опорной площадки смонтировано кольцевое седло, рабочая поверхность которого выполнена как часть сферы, контактно взаимодействующей с ответной сферической рабочей поверхностью опорного кольца, на которое опирается соединительный конец поводковой части, выполненный с монтажным отверстием, в котором своей средней частью размещен центральный палец, установленный своим нижним концом в отверстии нижней опорной площадки, верхним - в отверстии верхней полки пятниковой части, на которой зафиксирован штифтом, на среднюю часть центрального пальца насажена поворотная втулка со сферической наружной контактной поверхностью, концентричной сферическим поверхностям кольцевого седла и опорного кольца, поворотная втулка смонтирована в промежуточной втулке, внутреннее отверстие которой выполнено с ответной поворотной втулке сферической поверхностью, промежуточная втулка установлена и сориентирована с помощью базирующих элементов в монтажном отверстии конца поводковой части;
- в качестве базирующего элемента для промежуточной втулки может быть использован упорный буртик, выполненный на торце промежуточной втулки;
- в качестве базирующего элемента для промежуточной втулки может быть использован упорный буртик, выполненный в монтажном отверстии соединительного конца поводковой части;
- опорный пятник может быть выполнен съемным и закреплен на наружной стороне нижней опорной площадки с помощью резьбовых крепежных элементов.
Заявленный технический результат по второму варианту обеспечивается шарнирным узлом соединения грузовых вагонов, включающий пятниковую и поводковую части, соответственно содержащие присоединительные хвостовики для соединения с хребтовыми балками и шарнирно связанные между собой, с помощью центрального пальца, соединительный конец пятниковой части выполнен с верхней полкой и нижней опорной площадкой нижняя наружная сторона которой выполнена в виде опорного пятника, на верхней внутренней стороне нижней опорной площадки смонтировано кольцевое седло, рабочая поверхность которого выполнена как часть сферы, контактно взаимодействующей с ответной сферической рабочей поверхностью опорного кольца, на которое опирается соединительный конец поводковой части, выполненный с монтажным отверстием, в котором своей средней частью размещен центральный палец, установленный своим нижним концом в отверстии нижней опорной площадки, верхним - связан с верхней полкой пятниковой части, в котором закреплен фиксирующим элементом, на среднюю часть центрального пальца насажена с упором в базирующий буртик, выполненный на центральном пальце, поворотная втулка со сферической наружной контактной поверхностью, концентричной сферическим поверхностям кольцевого седла и опорного кольца, поворотная втулка смонтирована в промежуточном кольце, внутреннее отверстие которого выполнено с ответной поворотной втулке сферической поверхностью, промежуточное кольцо установлено и сориентировано с помощью упорного буртика, выполненного в монтажном отверстии соединительного конца поводковой части, между нижней опорной площадкой и верхней полкой отлиты боковые стенки, в верхней полке, над верхними торцами боковых стенок выполнены посадочные углубления, в которых размещены опорные концы накладного держателя центрального пальца, верхний конец которого размещен в монтажном отверстии, выполненным в накладном держателе, закрепленном с помощью крепежных сухарей, зафиксированных резьбовыми элементами;
-верхний конец центрального пальца может быть выполнен с упорной проточкой, взаимодействующей с упорным буртиком, выполненным в монтажном отверстии накладного держателя;
- контактные поверхности крепежных сухарей и опорных концов накладного держателя могут быть выполнены наклонными для прижима опорных концов накладного держателя к поверхности посадочных углублений, при этом крепежные сухари расклинены между опорными концами накладного держателя и поверхностью посадочных углублений;
- опорный пятник может быть выполнен съемным и закреплен на наружной стороне нижней опорной площадки с помощью резьбовых крепежных элементов.
Заявляемое изобретение по первому варианту отличается от прототипа тем, что на среднюю часть центрального пальца насажена поворотная втулка со сферической контактной поверхностью, концентричной сферическим поверхностям кольцевого седла и опорного кольца, поворотная втулка смонтирована в промежуточной втулке, внутреннее отверстие которой выполнено с ответной поворотной втулке сферической поверхностью, промежуточная втулка установлена и сориентирована с помощью базирующих элементов в монтажном отверстии конца поводковой части;
- в качестве базирующего элемента для промежуточной втулки использован упорный буртик, выполненный на торце промежуточной втулки;
- в качестве базирующего элемента для промежуточной втулки использован упорный буртик, выполненный в монтажном отверстии конца поводковой части;
- опорный пятник выполнен съемным и закреплен на наружной стороне нижней опорной площадки с помощью резьбовых крепежных элементов.
Заявляемое изобретение по второму варианту отличается от прототипа тем, что на среднюю часть центрального пальца насажена с упором в базирующий буртик, выполненный на центральном пальце, поворотная втулка со сферической наружной контактной поверхностью, концентричной сферическим поверхностям кольцевого седла и опорного кольца, поворотная втулка смонтирована в промежуточном кольце, внутреннее отверстие которого выполнено с ответной поворотной втулке сферической поверхностью, промежуточное кольцо установлено и сориентировано с помощью упорного буртика, выполненного в монтажном отверстии соединительного конца поводковой части, между нижней опорной площадкой и верхней полкой отлиты боковые стенки, в верхней полке, над верхними торцами боковых стенок выполнены посадочные углубления, в которых размещены опорные концы накладного держателя центрального пальца, верхний конец которого размещен в монтажном отверстии, выполненным в накладном держателе, закрепленном с помощью крепежных сухарей, зафиксированных резьбовыми элементами;
-верхний конец центрального пальца выполнен с упорной проточкой, взаимодействующей с упорным буртиком, выполненным в монтажном отверстии накладного держателя;
- контактные поверхности крепежных сухарей и опорных концов накладного держателя выполнены наклонными для прижима опорных концов накладного держателя к поверхности посадочных углублений, при этом крепежные сухари расклинены между опорными концами накладного держателя и поверхностью посадочных углублений;
- опорный пятник выполнен съемным и закреплен на наружной стороне нижней опорной площадки с помощью резьбовых крепежных элементов.
Такие отличия предложенных вариантов от прототипа дает основание утверждать о соответствии предлагаемых технических решений критерию патентоспособности изобретения - «новизна». Сравнение предлагаемого устройства не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники, не позволило выявить в них признаки, аналогичные отличительным признакам предлагаемых технических решений, что позволяет сделать вывод о соответствии условию патентоспособности изобретения - «изобретательский уровень».
Заявляемое изобретение представлено изображениями, где:
- на Фиг. 1 - шарнирный узел соединения грузовых вагонов по первому варианту, общий вид, изометрическая проекция;
- на Фиг. 2 - то же самое, главный вид с местным разрезом;
- на Фиг. 3 - шарнирный узел соединения грузовых вагонов по второму варианту, общий вид, изометрическая проекция;
- на Фиг. 4 - то же самое, главный вид с местным разрезом;
- на Фиг. 5 - шарнирный узел соединения грузовых вагонов, по второму варианту, общий вид, изометрическая проекция;
- на Фиг. 6 - то же самое, продольный разрез, изометрическая проекция;
- на Фиг. 7 - шарнирный узел соединения грузовых вагонов по второму варианту, общий вид.
По первому варианту шарнирный узел соединения грузовых вагонов содержит пятниковую часть 1 и поводковую часть 2 (Фиг. 1). Пятниковая часть 1 содержит присоединительный хвостовик 1.1 и соединительный конец 1.2. Поводковая часть 2 содержит присоединительный хвостовик 2.1 и соединительный конец 2.2. Пятниковая часть 1 шарнирно связана с поводковой частью 2 с помощью центрального пальца 3. Соединительный конец 1.2 пятниковой части 1 выполнен с верхней полкой 1.3 и нижней опорной площадкой 1.4. Нижняя наружная сторона опорной площадки 1.4 выполнена в виде опорного пятника 4. На внутренней стороне нижней опорной площадки 1.4 смонтировано кольцевое седло 5 (Фиг. 2). Рабочая поверхность кольцевого седла 5 выполнена как часть сферы и контактно взаимодействует с ответной сферической рабочей поверхностью опорного кольца 6. На опорное кольцо 6 опирается соединительный конец 2.2 поводковой части 2. Центральный палец 3 установлен своим нижним концом в отверстии 1.5 нижней опорной площадки 1.4, верхним концом - в отверстии верхней полки 1.3 пятниковой части 1. Центральный палец 3 зафиксирован на верхней полке 1.3 штифтом 7. На среднюю часть центрального пальца 3 насажена поворотная втулка 8 со сферической наружной поверхностью, концентричной сферическим поверхностям кольцевого седла 5 и опорного кольца 6. Поворотная втулка 8 смонтирована в промежуточной втулке 9, внутреннее отверстие которой выполнено с ответной поворотной втулке 8 сферической поверхностью. В монтажном отверстии 2.3 соединительного конца 2.2 промежуточная втулка 9 установлена и сориентирована с помощью базирующего элемента, выполненного, например, в виде упорного буртика 9.1 на торце промежуточной втулки 9 или упорного буртика 2.4 в монтажном отверстии 2.3 соединительного конца 2.2 поводковой части 2.
Опорный пятник 4 может быть выполнен съемным и закреплен на наружной стороне нижней опорной площадки 1.4 с помощью резьбовых крепежных элементов 4.1.
По второму варианту шарнирный узел соединения грузовых вагонов содержит детали, аналогичные шарнирному узлу по первому варианту, при этом центральный палец 3 (Фиг. 3, 4) своим верхним концом связан с верхней полкой 1.3 пятниковой части 1, в которой закреплен фиксирующим элементом, выполненным в виде накладного держателя 10. На среднюю часть центрального пальца 3 насажена с упором в базирующий буртик 3.1, выполненный на центральном пальце 3, поворотная втулка 11 со сферической наружной поверхностью, концентричной сферическим поверхностям кольцевого седла 5 и опорного кольца 6. Поворотная втулка 11 смонтирована в промежуточной втулке 12, отверстие которого выполнено с ответной поворотной втулке 11 сферической внутренней поверхностью. Промежуточная втулка 12 установлена и сориентирована с помощью упорного буртика 2.5, выполненного в монтажном отверстии 2.6 соединительного конца 2.2 поводковой части 2.
Для увеличения технологичности изготовления и сборки шарнирного узла по второму варианту между нижней опорной площадкой 1.4 и верхней полкой 1.3 пятниковой части 1 отлиты боковые стенки 1.6. (Фиг. 5, 6) В верхней полке 1.3, над верхними торцами боковых стенок 1.6 выполнены посадочные углубления 1.7, в которых размещены опорные концы 13.1 накладного держателя 13. Верхний конец центрального пальца 3 размещен в отверстии 13.2, которое выполнено в накладном держателе 13. Накладной держатель 13 закреплен с помощью крепежных сухарей 14.
Верхний конец центрального пальца 3 может быть выполнен с упорной проточкой 3.2, взаимодействующей с упорным буртиком 13.3, выполненным в отверстии 13.2 накладного держателя 13 и предотвращающим демонтаж центрального пальца 3 из отверстия 13.2.
Контактные поверхности крепежных сухарей 14 (Фиг. 7) и опорных концов 13.1 накладного держателя 13 могут быть выполнены с наклонными поверхностями с целью прижима опорных концов 13.1 накладного держателя 13 к поверхности посадочных углублений 1.7. Для закрепления опорных концов 13.1 крепежные сухари 14 расклинивают между наклонными опорными концами 13.1 накладного держателя 13 и вертикальными поверхностями посадочных углублений 1.7.
Также, как и по первому варианту, опорный пятник 4 может быть выполнен съемным и закрепленным на наружной стороне нижней опорной площадки 1.4 с помощью резьбовых крепежных элементов 4.1.
Шарнирный узел соединения грузовых вагонов работает следующим образом.
При движении грузового вагона пятниковая часть 1 и поводковая часть 2 совершают взаимные перемещения в горизонтальной и вертикальных плоскостях, подвергаясь при этом высоким нагрузкам. В местах контакта сочлененных деталей шарнирного соединения возникают значительные внутренние механические напряжения.
По первому варианту изобретения взаимные перемещения пятниковой части 1 и поводковой части 2 осуществляются путем углового поворота поворотной втулки 8 вместе с центральным пальцем 3 в промежуточной втулке 9. Выполнение наружной поверхности поворотной втулки 8 как части сферической поверхности, концентричной, то есть имеющей один общий центр со сферическими поверхностями кольцевого седла 5, опорного кольца 6 и промежуточной втулки 9, позволяет осуществлять взаимный поворот пятниковой части 1 и поводковой части 2 не только в вертикальной и горизонтальной плоскостях, но и вдоль продольной оси пятниковой части 1 и поводковой части 2, обеспеченное за счет поворота поворотной втулки 8 в промежуточной втулке 9, а также за счет перемещения опорного кольца 6 по сферической поверхности кольцевого седла 5.
По второму варианту изобретения на среднюю часть центрального пальца 3 насажена с упором в базирующий буртик 3.1, выполненный на центральном пальце 3, поворотная втулка 11 со сферической наружной поверхностью, также концентричной сферическим поверхностям кольцевого седла 5 и опорного кольца 6. Поворотная втулка 11 смонтирована в промежуточной втулке 12 с ответной сферической внутренней поверхностью. Сферическая наружная поверхность поворотной втулки 11 и ответная ей сферическая поверхность внутреннего отверстия промежуточной втулки 12 также позволяют осуществлять аналогичные взаимные перемещения пятниковой части 1 и поводковой части 2 за счет поворота поворотной втулки 11 в промежуточном кольце 9 и за счет взаимного перемещения опорного кольца 6 по сферической поверхности кольцевого седла 5.
Для надежного закрепления опорных концов 13.1 накладного держателя 13 используют крепежные сухари 14, контактные поверхности которых, а также опорные концы 13.1 накладного держателя 13 выполнены с наклонными поверхностями, что обеспечивает расклинивание опорных концов 13.1 накладного держателя 13 между поверхностями посадочных углублений 1.7, выполненных в верхних торцах боковых стенок 1.6.
Использование накладного держателя 13 для закрепления верхнего конца центрального пальца 3 увеличивает технологичность изготовления и сборки шарнирного узла, выполненного по второму варианту, при достижения заявленного технического результата. Также для увеличения технологичности изготовления, сборки и повышения ремонтопригодности опорный пятник 4 может быть выполнен съемным и закрепленным на нижней наружной стороне нижней опорной площадки 1.4 с помощью резьбовых крепежных элементов 4.1, например, шпилек с фиксирующими шайбами и гайками.
Таким образом, за счет увеличения угла взаимного перемещения пятниковой 1 и поводковой 2 частей, исключения в конструкции узла высоких внутренних контактных механических напряжений, увеличиваются эксплуатационные возможности шарнирного узла соединения грузовых вагонов.