БОКОВАЯ ОПОРА КУЗОВА НА ТЕЛЕЖКУ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 1995 года по МПК B61F5/14 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и касается конструкции устройств сопряжения кузова с тележками транспортного средства тележечного типа с двумя и более тележками под одним жестким кузовом.

Известно устройство боковой упругой опоры кузова на тележку рельсового транспортного средства, состоящее из расположенных вертикально одной или нескольких витых цилиндрических пружин, опирающихся на боковину рамы тележки в средней по длине ее части и упруго передающих вертикальные и все, кроме продольных сил тяги и торможения, горизонтальные силы между кузовом и тележкой опоры так называемого типа флексикойл [1]
Однако у этой простой и надежной конструкции имеется важный недостаток: плохая приспособленность для работы в кривых. При движении тележечных экипажей в крутых кривых относительный статический сдвиг в горизонтальной плоскости опорных поверхностей пружин весьма велик. Так, для двухтележечных экипажей и для крайних тележек экипажей с тремя тележками от достигает 100 мм, что приводит к необходимости применять пружины больших размеров. Момент в плане, передаваемый такими опорами между кузовом и тележкой, увеличивает направляющее действие колеи и, соответственно, износ рельсов и гребней бандажей. Для средних тележек экипажей с тремя тележками, которые почти не поворачиваются в кривых относительно кузова, поперечное горизонтальное смешение взаимно соответствующих центров опор на кузове и тележке достигает 200 мм и более. Поэтому опоры флексикойл здесь практически неприменимы.

Для уменьшения нагруженности пружин опор указанного типа при движении в кривых было предложено несколько конструктивных решений, объединяемых одной общей идеей: уменьшить жесткость связи кузова с тележкой по опоре в направлении наибольшего статического сдвига в ней, обусловленного горизонтальным сдвигом опорных точек тележек при размещении экипажа в кривой, например, при двухтележечном экипаже в продольном направлении с ее сохранением в поперечном. С этой целью концы пружины (или один из них) снабжаются опорными тарелками, опирающимися на раму тележки и/или кузов призмы (кулачки), допускающие качание опорных тарелок относительно поперечных горизонтальных осей. Примером конструктивной реализации этой общей идеи может служить опорное устройство [2] Его недостаток уменьшение устойчивости пружин, что приводит к сужению возможностей оптимизации их параметров. Существенно увеличивается и общая конструктивная высота опоры.

Известно также устройство боковой упругой опоры кузова на тележку, состоящее из расположенной вертикально витой цилиндрической пружины, на верхний конец которой через опорную плиту (кронштейн) опирается кузов, а ее нижний конец опирается на промежуточный стакан, шарнирно соединенный с верхним концом сжатого качающегося стержня, нижний конец которого также шарнирно соединен со второй, нижней опорой плитой (кронштейном), неподвижно закрепленной на боковине рамы тележки. Верхняя опорная плита (кронштейн) снабжена телескопическими направляющими, в которых имеет возможность перемещения промежуточный стакан [3] Две пары направляющих определяют возможность только вертикального линейного перемещения промежуточного стакана относительно верхней опорной плиты (кронштейна) и, тем самым, работу пружины, только на осевое сжатие. Возникающие при наклонах качающегося стержня горизонтальные составляющие сил в верхнем шарнире воспринимаются телескопическими направляющими, из-за чего эти узлы интенсивно изнашиваются в эксплуатации.

Благодаря простоте конструкции опора в целом работает очень устойчиво. Однако указанный постоянный износ составляет ее важный недостаток.

Прототипом является устройство [3] представляющее собой упругую боковую опору кузова на тележку железнодорожного транспортного средства, выполненную в виде сжатого качающегося стержня, верхний конец которого шарнирно соединен с опорной плитой (кронштейном) закрепленной на кузове, а нижний конец также шарнирно соединен с промежуточным стаканом, опирающимся на верхний торец цилиндрической пружины. Пружина установлена на нижней опорной плите (кронштейне), закрепленном на раме тележки и снабженной цилиндрической направляющей в виде втулки, соосно охватывающей нижнюю часть промежуточного стакана. Стакан снабжен установленным на этом уровне дистанционным кольцом, взаимодействующим по окружности с внутренней поверхностью указанной направляющей втулки.

Недостаток прототипа, как и предыдущего аналога, постоянное трение в паре направляющая втулка дистанционное кольцо промежуточного стакана при колебаниях кузова относительно тележки во время движения транспортного средства. Кроме этого, перемещение промежуточного стакана относительно нижней опорной плиты возможно не только вдоль оси опоры, но и с наклоном, из-за чего во избежание заклинивания указанное дистанционное кольцо должно иметь бочкообразную наружную поверхность, контакт которой с внутренней поверхностью направляющей втулки может происходить в лучшем случае только по линии, а не по поверхности. В результате удельное давление в контакте трения здесь во много раз больше, чем в телескопических направляющих боковой опоры кузова на тележку электровоза ВЛ60 [2] Соответственно, во много раз быстрее при прочих равных условиях происходит износ трущихся деталей. Это обусловливает недостаточную надежность опоры из-за низкой работоспособности и необходимость частых ремонтов с заменой элементов.

Цель изобретения повышение надежности упругой боковой опоры кузова на тележку железнодорожного транспортного средства тележечного типа.

Цель достигается за счет того, что боковая опора кузова на тележку железнодорожного транспортного средства содержит опорные плиты, предназначенные для неподвижного закрепления соответственно на тележке и кузове, и сжатый качающийся стержень, каждый из концов которого шарнирно соединен с одной из указанных опорных плит непосредственно или через промежуточный стакан и упругий элемент. Опорная плита, сопряженная с упругим элементом, имеет упор для ограничения горизонтальных перемещений промежуточного стакана относительно опорной плиты. Отличительной особенностью предлагаемой боковой опоры является то, что упор размещен на опорной плите по отношению к сопряженной поверхности промежуточного стакана с зазором f:
f , где a наибольшее горизонтальное перемещение кожухов относительно тележки без учета деформации сдвига упругого элемента, связывающего соответствующую опорную плиту и стакан,
P вертикальная нагрузка на опору,
Ж_г горизонтальная жесткость упругого элемента опоры при его деформации на сдвиг,
L длина сжатого качающегося стержня,
n количество шарниров с упругими элементами (один или два) соответственно их расположению на одном или на обоих концах сжатого качающегося стержня.

Расположенная на высоте ограничивающего упора часть промежуточного стакана может быть снабжена закрепленным на нем сайлентблоком. Указанная часть промежуточного стакана может быть также выполнена в виде цапфы, а ограничивающий упор снабжен сайлентблоком, внутреннее кольцо которого соосно с зазором охватывает цапфу промежуточного стакана.

Сущность изобретения заключается в следующем. В боковой опоре кузова на тележку железнодорожного транспортного средства сжатый качающийся стержень, заключенный между опорными плитами, неподвижно закрепленными соответственно на кузове и раме тележки, своими концами шарнирно соединен с указанными опорными плитами непосредственно или через промежуточный стакан и упругий элемент. В последнем случае имеется возможность комбинированной горизонтальной подвижности кузова относительно тележки: за счет наклона сжатого качающегося стержня и за счет деформации горизонтального сдвига упругого элемента. Размещение шарнира на уровне сопряженного с опорной плитой основания упругого элемента обеспечивает его деформацию на чистый сдвиг, и, тем самым, наибольшую устойчивость. Перегрузка упругого элемента опоры при указанном нагружении исключена благодаря наличию упора на несущей упругий элемент опорной плите, взаимодействующего с наружной поверхностью промежуточного стакана только при горизонтальном смещении кузова относительно тележки в опорной точке на величину, равную или превышающую расчетную величину зазора, имеющегося между ними. Во всех остальных случаях указанный горизонтальный зазор не выбирается, и все перемещения кузова относительно тележки на опоре осуществляются без трения и, следовательно, износа, что обусловливает достижение цели изобретения повышение надежности боковой опоры кузова на тележку железнодорожного транспортного средства.

На фиг. 1 изображена боковая опора кузова на тележку железнодорожного транспортного средства, вариант с двумя упруго подвижными опорами сжатого качающегося стержня и с упругим элементом в виде цилиндрической витой пружины, соосно охватывающей указанный стержень; на фиг. 2 то же, вариант с упругим элементом в виде комплекта из двух пружин каждый, расположенных с боковых сторон сжатого качающегося стержня; на фиг. 3 узел ограничения бокового сдвига упругого элемента с установкой, сайлентблока на промежуточном стакане; на фиг. 4 то же, с установкой сайлентблока на упорах (упорном кольце) опорной плиты.

Боковая опора кузова 1 на тележку 2 железнодорожного транспортного средства содержит опорные плиты (кронштейны) верхнюю 3 и нижнюю 4, предназначенные для неподвижного закрепления соответственно на кузове 1 и тележке 2, и сжатый качающийся стержень 5. Верхний конец (шарнир) 6 стержня 5 соединен с опорной плитой 3, нижний конец (шарнир) 7 с опорной плитой 4.

Шарнирное соединение кузова 1 с тележкой 2 в устройстве боковой опоры может иметь два исполнения. В первом из них обе опорные плиты 3 и 4 соединены с концами (шарнирами) 6 и 7 сжатого качающегося стержня 5 через промежуточные стаканы 8 и 9 и упругие элементы 10 и 11. При втором исполнении один из шарниров 6 или 7 стержня 5 может быть соединен соответственно с верхней 3 или нижней 4 опорной плитой непосредственно.

Каждая опорная плита 3 или 4, сопряженная с упругим элементом 10 (11), имеет упор 12 (13) для ограничения горизонтальных перемещений промежуточного стакана 8(9) относительно своей опорной плиты 3(4). Упругий элемент 10(11) может быть выполнен как в виде деформируемой детали (например цилиндрической пружины, фиг. 1 соосно зазору охватывающей опирающейся на нее промежуточный стакан 8(9) и стержень 5, так и в виде расположенных вне стержня 5 деформируемых деталей или систем (например комплектов цилиндрических пружин, фиг. 2).

Отличительная особенность предлагаемой боковой опоры состоит в том, что упор 12(13), ограничивающий горизонтальные перемещения промежуточного стакана 8(9) относительно опорной плиты 3(4), размещен на указанной опорной плите с зазором f по отношению к сопряженной поверхности промежуточного стакана 8(9). Численное значение зазора f зависит от основных параметров опорного узла вертикальной нагрузки, горизонтальной жесткости упругого элемента 10(11) на сдвиг, длины сжатого качающегося стержня 5 и количества (один или два) шарниров (6, 7) с упругими элементами 10(11) соответственно их расположению на одном или на обоих концах стержня 5 и пропорционально наибольшему горизонтальному перемещению кузова 1 относительно тележки 2 над опорой, определяясь из условия отсутствия касания в зазоре при перемещениях меньше указанного.

Приведенное общее определение устройства ограничения горизонтальных перемещений промежуточных стаканов 8 и 9 относительно опорных плит 3 и 4 допускает ряд вариантов его конструктивного исполнения. В частности, расположенная на высоте ограничивающего упора 13(12) часть промежуточного стакана 9(8) может быть снабжена закрепленным на нем сайлентблоком 14 (фиг. 3). Возможно также исполнение, при котором расположенная на высоте ограничивающего упора 13(12) часть промежуточного стакана 9(8) выполнена в виде цапфы 15, а ограничивающий упор 13(12) снабжен сайлентблоком 16, внутреннее кольцо 17 которого соосно зазору f охватывает цапфу 15 (фиг. 4) и, подобно наружному кольцу 18 сайлентблока 14, образует смягченную промежуточным резиновым слоем сайлентблока металлическую пару в контакте рабочей поверхности промежуточного стакана 9(8) с ограничивающим упором 13(12).

Опора работает следующим образом.

Вертикальная нагрузка от кузова 1 на тележку 2 передается последовательно через следующие конструктивные элементы опоры: верхнюю опорную плиту 3, упругий элемент 10, промежуточный стакан 8, шарнир 6, сжатый качающийся стержень 5, шарнир 7, промежуточный стакан 9, упругий элемент 11, нижнюю опорную плиту 4. В соответствии с этим при вертикальных колебаниях кузова 1 относительно тележки 2 (ее рамы) деформируются на сжатие упругие элементы 10 и 11. Однако при этом ни в одном узле опоры трение не возникает и, следовательно, ни одна деталь опоры не изнашивается.

Горизонтальные перемещения кузова 1 относительно тележки 2 обусловливают наклон стержня 5. Поскольку он нагружен вертикальной силой, на его концах в шарнирах 6 и 7 возникают горизонтальные составляющие, передаваемые через промежуточные стаканы 8 и 9 на упругие элементы 10 и 11, которые в этом случае работают на поперечный сдвиг и через сопряженные с ними опорные плиты 3 и 4 передают указанные горизонтальные силы с кузова 1 на тележку 2. В случае расположения шарниров 6 и 7 в промежуточных стаканах 8 и 9 на уровне сопряженных с опорными плитами 3 и 4 оснований упругих элементов 10 и 11, находящихся в сжатом состоянии под рабочей (статической) нагрузкой, сжатые указанной нагрузкой упругие элементы 10 и 11 работают на чистый сдвиг. Это обеспечивает их наибольшую устойчивость от опрокидывания и наименьшую горизонтальную деформацию.

При достаточно большой длине сжатого качающегося стержня 5 обусловленные его отклонениями горизонтальные составляющие вертикальной силы, передаваемой опорой, могут быть сравнительно малыми. Соответственно будут малыми и горизонтальные деформации упругих элементов 10 и 11. Для их защиты от случайных чрезмерных горизонтальных деформаций в предлагаемой опоре служат упоры 12 и 13, ограничивающие горизонтальные перемещения промежуточных стаканов 8 и 9 относительно опорных плит 3 и 4.

Для уменьшения сил динамического взаимодействия между промежуточным стаканом 8(9) и упором 12 (13), которые могут возникать при выборе зазора f, в предлагаемой опоре можно применить сайлентблок 14, закрепленный, например, на промежуточном стакане 9. Взаимодействуя своим наружным кольцом 18 с упором 13, он смягчает удар. С той же целью на упоре 13 может быть установлен сайлентблок 16, внутреннее кольцо 17 которого соосно с зазором f охватывает цапфу 15 на промежуточном стакане 9. При этом во всех случаях зазор f в упоре определяется из условия отсутствия контакта в нем при всех горизонтальных перемещениях кузова 1 относительно тележки 2 над опорой, не превышающих его наибольшее расчетное значение.

Выполнение этого условия обеспечивает фактическую работу предлагаемой опоры как опоры типа флексикойл, т. е. трения при любых горизонтальных перемещениях кузова 1 относительно тележки 2 в указанных пределах. Однако предложенная опора в сравнении с опорой флейксикойл имеет важное преимущество защищенность по деформации сдвига упругого элемента 10(11) от полного горизонтального перемещения кузова 1 относительно тележки 2 в точке над опорой.

Технико-экономическая эффективность заявляемого устройства боковой опоры кузова на тележку железнодорожного транспортного средства в сравнении с прототипом определяется следующими факторами:
более рациональной кинематической схемой с использованием ограниченной деформации упругих элементов на сдвиг для создания реакций против горизонтальных составляющих в шарнирах качающегося стержня опоры, возникающих при его наклонах, что обусловливает более мягкую работу вторичного рессорного подвешивания в указанных условиях;
полным отсутствием трения и, следовательно, абразивного износа деталей опоры при вертикальных колебаниях кузова на тележке для условий любых статических и динамических горизонтальных относительных смещений на опоре в расчетных пределах.

Перечисленные факторы, действуя в совокупности, определяют достижение цели изобретения повышение надежности предлагаемой боковой опоры кузова на тележку в сравнении с прототипом.

Использование: в конструкции устройств сопряжения кузова с тележками, преимущественно железнодорожного транспортного средства тележечного типа с двумя и более тележками под одним жестким кузовом. Сущность изобретения: опора содержит сжатый качающийся стержень 5, промежуточные стаканы 8 и 9, упругие элементы 10 и 11 и опорные плиты (кронштейны) 3 и 4, неподвижно закрепленные соответственно на кузове 1 и тележке 2. Концы стержня 5 имеют шарниры, размещенные в промежуточных стаканах 8 и 9. Опорные плиты 3 и 4 снабжены упорами 12 и 13, ограничивающими горизонтальные перемещения промежуточных стаканов 8 и 9 относительно опорных плит 3 и 4 и установленными с зазором, численное значение которого выбирается из условия отсутствия сопрокосновения в упоре при наибольшем расчетном горизонтальном смещении кузова 1 относительно тележки 2 над опорой. Смягчение ударов при касании в упорах 12 и 13 достигается применением сайлентблоков. Работа упругих элементов 10 и 11 на сдвиг в пределах указанного зазора позволяет практически полностью исключить абразивный износ деталей опоры при вертикальных колебаниях кузова 1 относительно тележки 2, чем обеспечивается высокая надежность опоры. 2 з. п.ф-лы, 4 ил.

1. БОКОВАЯ ОПОРА КУЗОВА НА ТЕЛЕЖКУ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, содержащая опорные плиты, жестко закрепленные соответственно на тележке и кузове, стержень, одним концом шарнирно соединенный с упруго закрепленным на одной из опорных плит стаканом, а другим концом шарнирно соединенный с другой опорной плитой непосредственно или также через соответствующие стакан и упругий элемент, и закрепленные на опорных плитах упоры для ограничения горизонтальных перемещений соответствующих стаканов, отличающаяся тем, что упоры установлены на расстоянии от соответствующего стакана, определяемом по формуле

где a наибольшее горизонтальное перемещение кузова относительно тележки без учета деформации сдвига упругого элемента, связывающего соответствующую опорную плиту и стакан;
P вертикальная нагрузка на опору;
Ж_г горизонтальная жесткость указанного упругого элемента;
L длина стержня;
n количество связей стержня с опорными плитами через стаканы и упругие элементы. 2. Опора по п. 1, отличающаяся тем, что на стаканах закреплены сайлентблоки для взаимодействия с упорами. 3. Опора по п.1, отличающаяся тем, что на упорах закреплены сайлентблоки, расположенные с возможностью взаимодействия с цапфами на соответствующих стаканах.