УСТРОЙСТВО СОЧЛЕНЕНИЯ ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ
FREIGHT CARS ARTICULATION DEVICE

Изобретение относится к области железнодорожных транспортных средств и может быть использовано для сочленения грузовых вагонов.
Известно устройство шарнирного типа для сочленения вагонов, принятое за наиболее близкий аналог, включающее в себя сцепленные посредством стержня шарнирную часть с поводковым элементом и пятниковую часть с полостью в корпусе, в которой установлены верхний и нижний вкладыши с внутренними сферическими поверхностями, посредством прижимного фланца закреплённые сверху на корпусе и удерживающие шарнир в виде шара, выполненного с указанным стержнем и отверстием с противоположной от стержня стороны для размещения шкворня тележки вагона, при этом стержень ориентирован вверх и зафиксирован в поводковом элементе шарнирной части, а шарнирная и пятниковая части содержат хвостовики коробчатого сечения, предназначенные для крепления к хребтовым балкам вагонов (RU 2738496 С1, опубл. 14.12.2020).
Технической проблемой известного устройства является несимметричность нагружения конструкции продольными силами, действующими в процессе движения железнодорожного транспортного средства и при маневровых работах. В частности, в случае приложения к пятниковой части устройства растягивающих сил усилие от шара со стержнем передаётся на поводковый элемент шарнирной части устройства, который расположен с эксцентриситетом относительно хвостовика шарнирной части, закрепляемого в хребтовой балке вагона. В результате возникает изгиб шарнирной части в месте соединения поводкового элемента и хвостовика, вызывающий избыточные напряжения и, как следствие, необходимость повышения прочности, например, за счёт увеличения материалоёмкости.
Технический результат предлагаемого технического решения заключается в повышении прочности устройства для сочленения грузовых вагонов.
Достигается указанный технический результат тем, что устройство сочленения грузовых вагонов, которое, как и наиболее близкий аналог, содержит пятниковую часть и поводковую часть, выполненные с хвостовиками для крепления к хребтовым балкам вагонов и с соединительными концами, шарнирно сцепленными посредством стержня, и вкладыши-обоймы с внутренними сферическими поверхностями, удерживающие шарнир со сферической поверхностью, согласно изобретению, имеет следующие отличия: соединительный конец пятниковой части выполнен с полостью, внутри которой расположен соединительный конец поводковой части, выполненный с цилиндрическим отверстием, в котором установлены вкладыши-обоймы, шарнир со сферической поверхностью выполнен с цилиндрическим отверстием, в нижней площадке соединительного конца пятниковой части последовательно установлены контактирующие сферическими поверхностями кольцевое седло и кольцевая опора, на которую опирается соединительный конец поводковой части, при этом стержень размещён в цилиндрическом отверстии шарнира со сферической поверхностью и в отверстиях, выполненных в нижней площадке и верхней полке соединительного конца пятниковой части.
В частных случаях реализации вкладыши-обоймы выполнены с буртиками для фиксации в торцевой проточке, выполненной в верхней части цилиндрического отверстия соединительного конца поводковой части.
В частных случаях реализации стержень выполнен с кольцевой канавкой для фиксации на верхней полке соединительного конца пятниковой части посредством шпильки.
Для пояснения сущности изобретения представлены чертежи, на которых изображены:
на фиг. 1 - состав устройства сочленения грузовых вагонов, изометрическая проекция;
на фиг. 2 - устройство сочленения грузовых вагонов в сборе, изометрическая проекция;
на фиг. 3 - поводковая часть устройства, главный вид с местным продольным разрезом;
на фиг. 4 - вкладыш-обойма, главный вид;
на фиг. 5 - шарнир со сферической поверхностью, главный вид, совмещённый с продольным разрезом;
на фиг. 6 - кольцевая опора, главный вид, совмещённый с продольным разрезом.
Устройство сочленения грузовых вагонов содержит пятниковую часть 1 и поводковую часть 2, выполненные каждый с хвостовиком коробчатой формы (позициями не показаны), предназначенным для крепления к хребтовой балке вагона, и с соединительным концом 1.1, 2.1, соответственно.
Соединительный конец 1.1 пятниковой части 1 выполнен с полостью, образованной нижней площадкой 1.2, верхней полкой 1.3 и боковыми стенками (позицией не показаны). В нижней части соединительный конец 1.1 оснащён пятником 1.4.
Соединительный конец 2.1 поводковой части 2 выполнен с нижней опорной поверхностью 2.2 и полостью, которая представляет собой цилиндрическое отверстие 2.3, ориентированное вертикально в составе устройства. Соединительный конец 2.1 поводковой части 2 расположен в полости соединительного конца 1.1 пятниковой части 1. Между собой соединительные концы 1.1 и 2.1 сцеплены шарнирно посредством стержня 3, ориентированного вертикально в составе устройства.
Внутри цилиндрического отверстия 2.3 соединительного конца 2.1 установлены, как минимум, два вкладыша-обоймы 4, удерживающие между собой шарнир 5.
Шарнир 5 выполнен с наружной сферической поверхностью 5.1 и с цилиндрическим отверстием 5.2, которое ориентировано вертикально в составе устройства и предназначено для размещения внутри него стержня 3. По существу, вкладыши-обоймы 4 и шарнир 5 образуют радиальный сферический подшипник скольжения, при этом в устройстве может применяться подшипник скольжения любой известной конструкции.
Каждый вкладыш-обойма 4 выполнен с внутренней сферической поверхностью 4.1, радиус которой соответствует радиусу сферической поверхности 5.1 шарнира 5, и с наружной цилиндрической поверхностью 4.2, взаимодействующей с поверхностью цилиндрического отверстия 2.3 соединительного конца 2.1 поводковой части 2. Для фиксации в вертикальном направлении вкладыши-обоймы 4 выполнены с буртиками 4.3, а соединительный конец 2.1 с ответной торцевой проточкой 2.4 в верхней части цилиндрического отверстия 2.3.
В нижней площадке 1.2 соединительного конца 1.1 пятниковой части 1 выполнено цилиндрическое гнездо 1.5, в котором размещено кольцевое седло 6 с верхней сферической поверхностью 6.1, на которую установлена кольцевая опора 7. Кольцевая опора 7 выполнена с плоской верхней опорной поверхностью 7.1 и нижней сферической поверхностью 7.2. На верхнюю опорную поверхность 7.1 кольцевой опоры 7 своей нижней опорной поверхностью 2.2 опирается соединительный конец 2.1 поводковой части 2. Нижняя сферическая поверхность 7.2 кольцевой опоры 7 выполнена радиусом, соответствующим радиусу сферической поверхности 6.1 кольцевого седла 6, с которой она контактирует.
Сферические поверхности 5.1, 6.1 и 7.2 шарнира 5, кольцевого седла 6 и кольцевой опоры 7, соответственно, имеют общий геометрический центр О в составе устройства.
Стержень 3 размещён в цилиндрическом отверстии 5.1 шарнира 5 и в отверстиях, выполненных в нижней площадке 1.2 и верхней полке 1.3 соединительного конца 1.1 пятниковой части 1. Причём цилиндрическое отверстие 5.1 шарнира 5 и цилиндрическое отверстие 2.3 соединительного конца 2.1 поводковой части расположены соосно, а стержень 3, шарнир 5, вкладыши-обоймы 4, соединительный конец 2.1 поводковой части 2 и соединительный конец 1.1 пятникового части 1 установлены друг в друга последовательно и расположены концентрично.
Стержень 3 зафиксирован на верхней полке 1.3 соединительного конца 1.1 пятниковой части 1. Для фиксации стержня 3 может быть применена шпилька 8. При этом стержень 3 выполнен с кольцевой канавкой 3.1 в верхней части. Своей средней частью шпилька 8 расположена внутри кольцевой канавки 3.1 стержня 3 и концами в отверстиях ушек 9, которые выполнены на верхней полке 1.3 соединительного конца 1.1 пятниковой части 1 устройства.
Конструкция предлагаемого устройства сочленения грузовых вагонов обеспечивает симметричное нагружение продольными силами за счёт расположения общего геометрического цента О и, соответственно, вкладышей-обойм 4 и сферического шарнира 5 в вертикальном направлении с минимальным эксцентриситетом относительно горизонтальных осей пятниковой 1 и поводковой 2 частей - продольной оси О-x и поперечной оси О-y. За счёт минимального эксцентриситета достигается повышение прочности устройства сочленения грузовых вагонов при действии растягивающих и сжимающих сил в процессе движения сочленённых вагонов.
Необходимые при движении сочленённых вагонов относительные отклонения поводковой части 2 устройства сцепления вокруг продольной оси x и поперечной оси y обеспечиваются за счёт поворота поводковой части 2 совместно с кольцевой опорой 7 вокруг общего центра О, что возможно за счёт контакта между нижней опорной поверхностью 2.2 поводковой части 2 и верхней опорной поверхностью 7.1 кольцевой опоры 7, а также за счёт вращения шарнира 5 между внутренними сферическими поверхностями 4.2 вкладышей-обойм 4 относительно общего центра О. Необходимые при движении сочленённых вагонов относительные отклонения поводковой части 2 устройства сцепления вокруг вертикальной оси О-z обеспечиваются за счёт поворота поводковой части 2 вокруг оси цилиндрического отверстия 5.2 шарнира 5. Применение шарнира 5 со сферической поверхностью, удерживаемого вкладышами-обоймами 4, в соединительном конце 2.1 поводковой части 2, и контактной пары «кольцевое седло 6 – кольцевая опора 7» со сферическими поверхностями в соединительном конце 1.1 поводковой части 1, обеспечивает три степени свободы относительно продольной О-x, поперечной О-y и вертикальной О-z осей устройства и достаточную величину угла перемещений поводковой части 2 относительно пятниковой части 1 устройства сочленения грузовых вагонов.