БОКОВАЯ ОПОРА КУЗОВА ГРУЗОВОГО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ВАГОНА НА ТЕЛЕЖКУ

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту и может быть использована в качестве устройства соединения тележки с кузовом грузовых вагонов.
В эксплуатируемых грузовых вагонах (Вагоны / Под ред. Л.А.Шадура. - М.: Транспорт, 1980. - 439 с.) кузов оборудован двумя плоскими цилиндрическими пятниками, которые опираются на центральные плоские цилиндрические подпятники, размещенные на надрессорных балках двух тележек. На каждой надрессорной балке по сторонам от подпятника разнесены по две жесткие боковые опоры, а на кузове имеются ответные жесткие боковые опоры. Между боковыми опорами на кузове и на надрессорной балке имеется зазор, который может замыкаться при боковых колебаниях вагона при движении по прямым и в кривых участках пути.
Жесткие с зазором боковые опоры кузова вагона на тележку имеют следующие недостатки.
Весь вес вагона передается на центральные подпятники, на которых при боковых колебаниях в пределах зазоров в боковых опорах возникают повышенные уровни контактных напряжений, вызывающие износ и образование трещин. При замыкании зазоров в боковых опорах существенно увеличиваются ускорения, действующие на кузов вагона и перевозимый груз. При росте скорости движения порожних вагонов свыше 60-70 км/ч возникают извилистые колебания колесных пар и виляние тележки под кузовом вагона, которые могут привести к его сходу с рельсов. Момент трения в соединении пятника и подпятника, оказывающий сопротивление вилянию, недостаточен для повышения скорости движения порожних вагонов.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является конструкция устройства для поглощения энергии железнодорожного вагона (Патент RU 2004121967, F01M 1/00 от 27.04.2005 г., Бюл. №12).
В данном устройстве для обеспечения поглощения энергии колебаний кузова на подпятнике и тележки под вагоном в боковой опоре применена эластомерная пружина.
Опорный скользун содержит корпус, включающий в себя основание, имеющее монтажные участки с размещенными по одной оси отверстиями для крепления основания к надрессорной балке, а также вертикальную стеновую конструкцию, выполненную как одно целое с основанием вдоль продольной оси, в целом круглую крышку, включающую в себя в целом плоскую поверхность для контакта с нижней поверхностью кузова вагона и скольжения вдоль нее, а также стеновую конструкцию, выполненную как одно целое с крышкой, выходящую из ее поверхности и телескопически установленную относительно стеновой конструкции корпуса с образованием совместно с последней внутренней полости в опорном скользуне; эластомерную пружину, установленную в рабочем положении между корпусом и крышкой внутри внутренней полости для приведения плоской поверхности крышки в состояние скользящего сцепления с нижней поверхностью кузова вагона.
Отличие опорного скользуна заключается в том, что стеновые конструкции корпуса и крышки имеют форму или выполнены с отверстиями для ускорения рассеивания тепла от указанной эластомерной пружины, эластомерная пружина имеет тепловой изолятор.
Конструкция упругого опорного скользуна обеспечивает повышение эффективности взаимодействия тележки с рельсами железнодорожных путей, благодаря демпфированию колебаний виляния, повышенной боковой устойчивости кузова вагона на подпятниках, улучшение надежности подпятника надрессорной балки за счет передачи части нагрузки от веса кузова на боковые опоры.
Недостатком данной конструкции опорного скользуна является зависимость жесткости эластомерной пружины от температуры окружающей среды, появление осадок при старении эластомерного материала скользуна. При снижении температуры эластомерная пружина становится более жесткой, воспринимает большую часть нагрузки от кузова вагона, что может привести к полной обезгрузке подпятника, недопустимому росту момента сопротивления повороту тележки и сходу вагона с железнодорожных путей. Разогрев эластомерного материала при приложении периодических нагрузок при движении вагона приводит к нарушению его структуры и появлению остаточной деформации, то есть к потере работоспособности с точки зрения восприятия части веса вагона и демпфирования колебаний виляния тележки, к сокращению срока службы до 8-16 лет.
Задачей полезной модели является разработка боковой опоры кузова вагона на тележку, обеспечивающей повышенный срок службы.
Технический результат полезной модели заключается в обеспечении стабильности жесткости подвешивания кузова вагона за счет использования конструктивного исполнения упругих элементов бокового скользуна и упрощение технического обслуживания данного узла за счет применения индикаторов износа.
Сущность полезной модели заключается в следующем. Боковая опора кузова грузового железнодорожного вагона на тележку включает опорную боковую поверхность на кузове вагона, ответную боковую поверхность на тележке, расположенный между указанными поверхностями, боковой скользун, содержащий закрепленный на надрессорной балке коробчатый корпус, упругие элементы и входящий в корпус коробчатый колпак. Упругие элементы выполнены в виде двух комплектов двухрядных цилиндрических металлических пружин, которые установлены внутри корпуса и закрыты колпаком с индикаторами износа в вертикальном направлении.
В каждом двухрядном комплекте цилиндрических пружин самой высокой пружиной может быть внутренняя, а наружная пружина может быть короче внутренней на 7,5…16,5 мм.
Для регулировки установочной высоты скользуна на боковой опорной поверхности кузова вагона могут дополнительно устанавливаться наборные пластины различной толщины.
Для обеспечения долговечности работы внешней и внутренней пружин их высота в полностью сжатом состоянии одинакова, полный прогиб больше либо равен вертикальному зазору между боковой опорой кузова и коробчатым корпусом скользуна.
Колпак и корпус выполнены из износостойкого материала, например, из термоупрочненного чугуна твердостью 360…400 НВ.
Индикаторы износа в вертикальном направлении выполнены в виде выемок по углам колпака, глубина выемок соответствует максимально допустимому вертикальному износу колпака скользуна.
На наружных торцах колпака и внутренних торцах корпуса могут быть индикаторы износа в продольном направлении, выполненные в виде выступов, высота выступов соответствует максимально допустимому продольному износу колпака и корпуса скользуна.
Использование в качестве упругого элемента металлических цилиндрических пружин делает жесткость скользуна не зависящей от температуры окружающей среды, что обеспечивает стабильность действующей на скользун нагрузки и возвращающего момента. Срок службы цилиндрических металлических пружин составляет не менее 30 лет, износостойкие материалы колпака и корпуса увеличивают их межремонтный пробег в эксплуатации со 160 тыс.км до 1000 тыс.км, а визуальные индикаторы износа упрощают браковку деталей под замену при ремонте.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
- на фиг.1 показана боковая опора кузова;
- на фиг.2 показан общий вид конструкции бокового скользуна.
Боковая опора кузова на тележку (фиг.1), включает плоские жесткие опорные боковые поверхности на кузове вагона 1, ответные боковые поверхности на надрессорной балке 2, расположенный между указанными поверхностями боковой скользун 3, который содержит (фиг.2) коробчатый корпус 4, два упругих элемента, выполненных в виде двухрядных металлических цилиндрических пружин (двухрядная пружина имеет наружную 5 цилиндрическую пружину и внутреннюю 6 пружину, возможно большей высоты с противоположными направлениями навивки), установленных внутрь корпуса с возможным индикатором продольного износа 10 и входящий в корпус коробчатый колпак 7 с индикаторами износа в вертикальном 8 и, возможно, в продольном 9 направлении, закрывающий сверху упругие элементы и взаимодействующий с опорной поверхностью на кузове.
Корпус открытой коробчатой формы жестко крепится к опорной поверхности на надрессорной балке 2 (фиг.1) двумя болтовыми соединениями и ориентируется длинной стороной вдоль оси пути. В корпус устанавливается два комплекта двухрядных цилиндрических пружин, которые сверху закрываются колпаком в форме перевернутой открытой коробки. Размеры стенок колпака и корпуса таковы, что колпак может свободно перемещаться в корпусе в вертикальном направлении до замыкания зазора между опорной поверхностью кузова и стенками корпуса, а в горизонтальных направлениях его перемещения ограничены зазорами между стенками, которые не превышают 2-3 мм на сторону. Колпак через скользящий контакт взаимодействует с ответной боковой поверхностью на кузове вагона. Для регулировки высоты и силы сжатия скользуна на боковой опорной поверхности кузова вагона устанавливаются наборные пластины различной толщины.
В двухрядном комплекте цилиндрических пружин самой высокой пружиной может быть внутренняя, наружная пружина может быть короче внутренней на 7,5…16,5 мм. Для обеспечения долговечности работы пружин их высота в полностью сжатом состоянии одинакова, одновременно или раньше замыкается зазор между боковой опорой кузова и корпусом. Для изменения жесткости упругого элемента при постановке боковой опоры под вагон с весом тары не более 20 т могут использоваться только наружные пружины.
Колпак и корпус могут быть выполнены из термоупрочненного чугуна твердостью 360…400 НВ.
Индикаторы износа в вертикальном направлении выполнены в виде выемок 8 по четырем углам колпака 7, глубина выемок соответствует максимально допустимому вертикальному износу колпака скользуна; индикаторы износа в продольном направлении могут быть выполнены в виде выступов 9 с внешних торцов колпака и выступов 10 с внутренних торцов корпуса 4, высота выступов соответствует максимально допустимому продольному износу колпака и корпуса скользуна, выступы ориентированы вдоль оси пути.
Боковая опора кузова на тележку работает следующим образом.
При постановке кузова вагона на тележку, сначала происходит сжатие боковых скользунов, а затем после замыкания зазора между пятником и подпятником, остальная масса кузова передается на тележку через них. Величина прогиба упругого элемента при постановке вагона может составлять 18…37 мм. Величина нагрузки, действующей на скользун от веса вагона, может составлять 11,8…34,3 кН. Пружины боковых скользунов 5, 6 находятся в поджатом состоянии и при повороте тележки под вагоном между колпаком 7 скользуна и опорой на кузове вагона возникает сила трения. При возникновении опасного явления виляния тележки под кузовом вагона при его движении с большими скоростями, боковые скользуны обеспечивают гашение колебаний силами трения. При боковых колебаниях кузова вагона пружины внутри скользунов обеспечивают упругую силу, возвращающую кузов в среднее положение. Величина упругого зазора на боковые колебания кузова вагона может составлять 12,5…18,5 мм.
Колебания виляния тележки под вагоном вызывают износ верхней поверхности колпака скользуна, который приводит к снижению силы поджатия и сопротивления колебаниям виляния. Если глубина хотя бы одной из выемок индикаторов вертикального износа становится нулевой, - это сигнализирует о необходимости замены колпака.
Вертикальные перемещения колпака скользуна относительно корпуса приводят к износу их торцевых стенок и увеличению работы пружин на сдвиг при вилянии тележки, что снижает силы трения, демпфирующие колебания. Если высота выступов индикаторов продольного износа становится нулевой, - это сигнализирует о необходимости замены колпака или корпуса.