ОПОРНЫЙ СКОЛЬЗУН
SUPPORT SLIDER

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к скользунам тележек грузовых вагонов.
Известен широко распространенный ранее опорный скользун [1, патент US 3748001, МПК B61F 5/14, приоритет 17.11.1971, опубл. 24.07.1973], содержащий расположенный между корпусом и подвижной крышкой демпфер, выполненный в виде витой металлической пружины.
Недостатками такого опорного скользуна являются: недостаточный его ход при сжатии, а также невозможность выборки дополнительного хода при чрезмерных нагрузках до тех пор, пока витки пружины не сомкнутся. Поэтому есть вероятность смыкания корпуса и колпака опорного скользуна при максимально возможном сжатии пружины, что может привести к поломке как опорного скользуна, так и элементов его установки, и даже вызвать повреждение тележки грузового вагона.
Эти недостатки аналога [1] устранены в опорном скользуне [2, патент RU 2370388, МПК B61F 5/14, приоритет 19.07.2007, опубл. 27.01.2009], принятом за прототип изобретения. Такой опорный скользун содержит между корпусом и подвижной крышкой демпфер, выполненный в виде наружной витой металлической пружины и внутренней витой металлической пружины. В результате появляется возможность большего хода опорного скользуна при сжатии, а также возможность выборки дополнительного хода при чрезмерных нагрузках до тех пор, пока витки пружины не сомкнуться. Такие требования устанавливают современные стандарты. Причем при максимально возможном сжатии корпус и колпак скользуна не смыкаются. Это требуется для того, чтобы при значительных нагрузках сделать вероятность разрушения дорогостоящих корпусных деталей минимальной.
Однако недостатком известного аналога является то, что при полном сжатии пружин все же возможна взаимная деформация их витков, поскольку при возможном дальнейшем их сжатии скользун работает как твердое тело. Работа в таких режимах, как правило, циклических, что обусловлено движением состава, приводит к деформациям пружин, к ухудшению их упругих свойств, а также к разрушению, которое наиболее вероятно при критически низких температурах, приводящих к охрупчанию материала пружин.
Задачей изобретения является получение технического результата по разработке опорного скользуна с таким демпфером, который был бы способен работать при увеличенных ходах подвижной крышки, воспринимающей значительные нагрузки, без ухудшения упругих свойств демпфера, а также без его разрушения, что позволит повысить надежность опорного скользуна.
Поставленная задача решается тем, что опорный скользун, содержащий между своими корпусом и подвижной крышкой демпфер, расположенный на днище корпуса и выполненный в виде металлической пружины сжатия, вовнутрь которой вставлена как минимум снабженная опорной площадкой одна направляющая, торец которой, расположенный также в отверстии внутри пружины, выполнен с возможностью ограничения хода подвижной крышки, имеет отличительные признаки: демпфер дополнительно содержит контактирующий с направляющей как минимум один эластичный диск с выпуклой поверхностью в его как минимум одном торце.
Введение в конструкцию как минимум одного эластичного диска позволит повысить надежность работы опорного скользуна за счет перераспределения ударной нагрузки с металлической пружины на этот диск.
Контактирование эластичного диска с направляющей позволит разграничить два элемента демпфера жесткой опорой для обеспечения очередности их деформации при возникающих нагрузках, что обеспечит увеличение рабочего хода подвижной крышки.
Выполнение выпуклой поверхности в, как минимум, одном торце эластичного диска, позволит еще больше увеличить рабочий ход подвижной крышки и создать демпфер, который способен работать при многократных ходах подвижной крышки, воспринимающей значительные нагрузки, без смыкания ее и корпуса опорного скользуна. Этим предотвращается их разрушение в процессе эксплуатации.
Упомянутые выше эффекты направлены на повышение надежности работы опорного скользуна без ухудшения упругих свойств его демпфера, а также с сохранением целостности элементов опорного скользуна при значительных нагрузках на него, в том числе при низких температурах.
Дополнительные отличительные признаки изобретения:
- выпуклая поверхность эластичного диска образована, или сплошным цилиндрическим буртиком, или параллельно расположенными удлиненными призмами, или массивом рядов укороченных призм, или концентрично расположенными кольцами, или расположенными по окружности и в ее центре укороченными цилиндрами;
- на металлической пружине расположена подвижная крышка, причем опорная площадка направляющей расположена на выпуклой поверхности одного торца эластичного диска, выпуклая поверхность другого торца которого расположена на промежуточной пластине, которая расположена на выпуклой поверхности одного торца другого эластичного диска, выпуклая поверхность другого торца которого расположена на днище корпуса;
- металлическая пружина расположена на днище корпуса, причем на опорной площадке направляющей расположена выпуклая поверхность одного торца эластичного диска, на выпуклой поверхности другого торца которого расположена промежуточная пластина, на которой расположена выпуклая поверхность одного торца другого эластичного диска, на выпуклой поверхности другого торца которого расположена подвижная крышка;
- подвижная крышка расположена на выпуклой поверхности одного торца эластичного диска, выпуклая поверхность другого торца которого расположена на промежуточной пластине, которая расположена на металлической пружине, и опорная площадка направляющей расположена на выпуклой поверхности одного торца другого эластичного диска, выпуклая поверхность другого торца которого расположена на днище корпуса;
- подвижная крышка расположена на выпуклой поверхности одного торца эластичного диска, выпуклая поверхность другого торца которого расположена на опорной площадке направляющей, при этом вовнутрь металлической пружины вставлена другая направляющая, опорная площадка которой расположена на выпуклой поверхности одного торца другого эластичного диска, выпуклая поверхность другого торца которого расположена на днище корпуса.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1-3, 4-6, 7-9, 10-12 показаны начальное, промежуточное и конечное положение опорного скользуна соответственно для четырех вариантов его исполнения; на фиг. 13 показан иной вариант расположения корпуса и подвижной крышки опорного скользуна, чем вариант, согласно фиг. 1, 4, 7, 10; на фиг. 14-18 показаны варианты выполнения выпуклой поверхности эластичного диска опорного скользуна; на фиг. 19 показана схема установки готового изделия опорного скользуна в тележке железнодорожного вагона; на фиг. 20 - вид А сверху по фиг. 19; на фиг. 21 - то же, что и на фиг. 19, но при совершении поворота тележки железнодорожного вагона; на фиг. 22 - вид Б сверху по фиг. 21.
Опорный скользун (фиг. 1-12) содержит корпус 1 и охватывающую его подвижную крышку 2 или же расположенную в нем (фиг. 13). Между днищем 3 корпуса 1 и днищем 4 подвижной крышки 2 расположен демпфер 5.
Подвижная крышка 2 выполнена в виде перевернутого стакана, внешняя поверхность днища 4 которого снабжена фрикционной накладкой 6, по которой может скользить пластина 37 (фиг. 19-21). Боковина 7 подвижной крышки 2 снабжена полимерной вставкой 8, контактирующей с боковиной 9 корпуса 1, который снабжен площадками 10 с крепежными отверстиями 11 для соединения (не показано) опорного скользуна с корпусом надрессорной балки вагонной тележки (не показаны).
Демпфер 5 выполнен в виде пакета деталей, в который входит металлическая пружина 12, во внутреннюю полость 13 которой вставлена снабженная опорной площадкой 15 направляющая 16, торец 17 которой, расположенный также в полости 13 пружины 12, предназначен для ограничения рабочего хода L (фиг. 1, 4, 7, 10) подвижной крышки 2.
Металлическая пружина может быть изготовлена из обычной, круглой проволоки, из проволоки профильного сечения, а также может быть волновой, кольцевой или другого типа, удовлетворяющего заданным характеристикам скользуна.
Демпфер 5 также содержит контактирующий с направляющей 16 эластичный диск 18 с выпуклой поверхностью 19 в одном из его торцов, или в двух (как показано). Такие выпуклые поверхности 19 необходимы для придания подвижной крышке 2 дополнительного хода Н (фиг. 2, 3, 5, 6, 8, 9, 11, 12), после прохождения ею своего рабочего хода L (фиг. 1, 4, 7, 10).
Выпуклая поверхность 19 эластичного диска 18 может быть образована, или сплошным цилиндрическим буртиком 20 (фиг. 14), или параллельно расположенными удлиненными призмами 21 (фиг. 15), или концентрично расположенными кольцами 22 (фиг. 16), или массивом рядов укороченных призм 23 (фиг. 17), или расположенными по окружности и в ее центре укороченными цилиндрами 24 (фиг. 18).
В варианте выполнения скользуна (фиг. 1-3) подвижная крышка 4 может быть расположена на пружине 12. Причем опорная площадка 15 направляющей 16 расположена на выпуклой поверхности 19 одного торца эластичного диска 18, выпуклая поверхность 19 другого торца которого расположена на промежуточной пластине 25, которая расположена на выпуклой поверхности 19 одного торца другого эластичного диска 26, выпуклая поверхность 19 другого торца которого расположена на днище 3 корпуса 1.
В варианте выполнения скользуна (фиг. 4-6) пружина 12 расположена на днище 3 корпуса 1, причем на опорной площадке 15 направляющей 16 расположена выпуклая поверхность 19 одного торца эластичного диска 18, на выпуклой поверхности 19 другого торца которого расположена промежуточная пластина 25, на которой расположена выпуклая поверхность 19 одного торца другого эластичного диска 26, на выпуклой поверхности 19 другого торца которого расположена подвижная крышка 2.
В варианте выполнения скользуна (фиг. 7-9) подвижная крышка 2 расположена на выпуклой поверхности 19 одного торца эластичного диска 18, выпуклая поверхность 19 другого торца которого расположена на промежуточной пластине 25, которая расположена на пружине 12, и опорная площадка 15 направляющей 16 расположена на выпуклой поверхности 19 одного торца другого эластичного диска 26, выпуклая поверхность другого торца которого расположена на днище 3 корпуса 1.
В варианте выполнения скользуна (фиг. 10-11) подвижная крышка 2 расположена на выпуклой поверхности 19 одного торца эластичного диска 18, выпуклая поверхность 19 другого торца которого расположена на опорной площадке 15 направляющей 16. При этом в полость 13 пружины 12 вставлена другая направляющая 27, опорная площадка 28 которой расположена на выпуклой поверхности 19 одного торца другого эластичного диска 26, выпуклая поверхность 19 другого торца которого расположена на днище 3 корпуса 1.
Диапазон рабочего хода L устанавливается для определенного типа вагона расстоянием от внутреннего дна 4 подвижной крышки 3 (фиг. 1) или дна 6 корпуса 5, фиг. 1-12) до верхнего (фиг. 1) или нижнего (фиг. 1-12) торца 17 металлического ограничителя 2. Для определенного рабочего хода L проектируется металлическая пружина 12 с требуемой силовой характеристикой, имеющей конечное усилие около 50 кН. Возможно применение нескольких металлических пружин разного диаметра (не показано), которые устанавливаются концентрически одна вовнутрь другой.
Возможен также вариант взаимного расположения корпуса 1 и подвижной крышки 2 готового изделия опорного скользуна 29, отличного от вариантов, показанных на фиг. 1-12, в которых подвижная крышка 2 охватывает корпус 1. Подвижная крышка 2 может быть расположена внутри корпуса 1 на его полимерной вставке 8 (фиг. 13).
В зависимости от требуемых характеристик скользуна возможно применение конструкции демпфера без направляющей, когда тип пружины и ее параметры откалиброваны так, что при сжатии пружины до полного смыкания ее витков она обеспечивает требуемые свойства. В этом случае возможна конструкция, представленная на фиг. 23-25. При таком устройстве демпфера скользуна особенно полезно применение витых пружин из проволоки прямоугольного сечения или волновых пружин, однако допустимо применение и пружин из круглой проволоки.
Собранная конструкция из описанных выше элементов с различными вариантами исполнения представляет собой готовое изделие опорного скользуна 29.
Такие изделия устанавливают (фиг. 19, 20) на надрессорной балке 30 тележки 31, состоящей в общем из колесных пары с полуконическими колесам 32, расположенными на рельсах 33 и рессорных узлов 34. Готовые изделия опорного скользуна 29 предназначены для контроля виляния корпуса 35 железнодорожного вагона при его повороте (фиг. 21, 22). Корпус 35 железнодорожного вагона через подпятники 36 установлен на надрессорной балке 30 тележки 31 и через пластины 37 на готовых изделиях опорного скользуна 29.
Когда полуконические колеса 32 тележки 31 железнодорожного вагона движутся по железнодорожному пути, создается поворот оси тележки 31 железнодорожного вагона в горизонтальной плоскости (фиг. 22). Когда тележка 31 совершает поворот в горизонтальной плоскости, тогда часть одного из готовых изделий опорного скользуна 29 должна скользить вдоль обратной стороны компенсирующей износ пластины 37 на расстояние a, сболченной с брусом (не показан) корпуса 35 железнодорожного вагона, опирающегося на подпятник 36. Результирующее трение создает противоположный вращающий момент, который препятствует указанному повороту в горизонтальной плоскости.
Другой задачей готовых изделий опорного скользуна 29 тележки 31 железнодорожного вагона является контроль или ограничение движения крена его корпуса 35, возникающего в результате раскачиваний во время движения и действия внешних сил. Опираясь на подпятники 36, корпус 35 железнодорожного вагона постоянно раскачивается из стороны в сторону, сжимая и расслабляя готовые изделия опорного скользуна 29. В показанном на фиг. 21 крене корпуса 35 железнодорожного вагона соответствующее готовое изделие опорного скользуна 29 оказывает при сжатии на ход b противодействующее усилие, не позволяющее боковому крену корпуса 35 железнодорожного вагона достичь критического значения, при котором возможно его опрокидывание.
В то время, как тележка 31 совершает различные движения, фрикционная накладка 6 (фиг. 1-12) подвижной крышки 2 каждого готового изделия 29 опорного скользуна (фиг. 21) взаимодействует с пластиной 37 корпуса 35 железнодорожного вагона, упираясь в нее и/или совершая скользящие движения по его нижней поверхности. При этом своим днищем 4 (фиг. 2, 5, 8, 11) подвижная крышка 2 оказывает давление на металлическую пружину 12, или непосредственно на нее (фиг. 1-12), или через связку последовательно расположенных в опорном скользуне элементов 26, 25, 18, 15 (фиг. 5), или через аналогичную связку элементов 18, 25 (фиг. 8), или через аналогичную связку элементов 18, 15 (фиг. 11). За счет этого гасится часть нагрузки, передаваемой от пластин 37 (фиг. 21, 22) на готовые изделия опорных скользунов 29 в диапазоне рабочего хода L (фиг. 1, 4, 7, 10) их подвижной крышки 2. При этом опорный скользун способен работать при значительных рабочих ходах L, до 20 мм и более, при воспринимаемой нагрузке в пределах 50 кН в зависимости от типа железнодорожного вагона. При этом сохраняется возможность для подвижной крышки 2 совершить дополнительный ход Н. За счет ограничения величины максимального сжатия, металлическая пружина ни при каких нагрузках полностью не смыкается, то есть исключены взаимные деформации ее витков, что положительно сказывается на ее длительном использовании.
При смыкании витков пружины в конструкции по прототипу, скользун ведет себя при дальнейшем воздействии нагрузки как твердое тело и способен только жестко передать удар от кузова вагона на надрессорную балку. В конструкции по изобретению, превышение максимально допустимых величин нагрузки приводит к интенсивному сжатию эластичных дисков, которые не позволяют происходить жесткому удару, поскольку материал эластичных дисков имеет способность сжиматься, не позволяя металлу пластически деформироваться. По этой причине, в отличие от прототипа, возможно применение в конструкции демпфера, состоящего из металлической пружины как с направляющей, ограничивающей ход (фиг. 1-12), так и без нее (фиг. 13-25).
При повышенных нагрузках и превышении предварительно установленного рабочего хода L подвижной крышки 2, когда смыкаются, или днище 4 подвижной крышки 2 с торцом 17 направляющей 16 (фиг. 2), или торец 17 направляющей 16 с днищем 3 корпуса 1 (фиг. 5), или промежуточная пластина 25 с торцом 17 направляющей 16 (фиг. 8), или торцы 17 направляющих 16 и 27 (фиг. 11), то деформируются эластичные диски 18 и 26 опорного скользуна 9 (фиг. 3, 6, 9, 12) и в них полностью погружаются выпуклые поверхности 19 (фиг. 13-17). В результате увеличиваются площади контакта эластичных дисков 18 и 26 с соответствующими элементами опорного скользуна. Благодаря этому нагрузка, приходящая на опорный скользун, становится более рассредоточенной. В результате снижается давление на него со стороны корпуса 35 (фиг. 19-22) железнодорожного вагона. Опорный скользун способен работать с дополнительным ходом Н (фиг. 2, 3, 5, 6, 8, 9, 11, 12), равным порядка 20 мм, выдерживая нагрузку до 600 кН. Причем при таких характеристиках не происходит смыкания корпуса 1 и подвижной крышки 2 скользуна, а следовательно, исключено их разрушение.
Нештатные ситуации, когда чрезмерное усилие в существующих конструкциях [1 и 2] приводит к смыканию корпуса 1 с подвижной крышкой 2 и их расплющиванию (разрушению), в данном изобретении не способны причинить вред всем другим деталям внутри опорного скользуна, и его ремонт будет заключаться в замене только подвижной крышки 2 и корпуса 1.
Конструкция всех деталей опорного скользуна предельно проста. Использован малый объем материалов для пружины 12 и эластичных дисков 18 и 26. Изготовление металлических элементов 1, 2, 12, 15 и 16 достигается простыми операциями. Комплектующие, выполненные по изобретению, могут быть установлены в корпусы скользунов уже существующих моделей, например для замены высоких металлических пружин.
Источники информации
1. Патент US 3748001, МПК B61F 5/14, приоритет 17.11.1971, опубл. 24.07.1973.
2. Патент RU 2370388, МПК B61F 5/14, приоритет 19.07.2007, опубл. 27.01.2009 /прототип/.