ТЕЛЕЖКА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО СРЕДСТВА Российский патент 1997 года по МПК B61F5/38 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и касается конструкции экипажей, имеющих двухосные тележки, а также многоосные тележки, составленные из двухосных.

Известна тележка, содержащая колесные пары, попарно соединенные боковинами и снабженные сферическими самоустанавливающимися буксовыми подшипниками, у которой угол в плане между осями колесных пар и продольными осями боковин может изменяться в процессе движения за счет самоустановки буксовых подшипников. (SU, авт. св. N 874430, кл. B 61 F 5/14, 1981).

Такие тележки впоследствии, в процессе исследований и испытаний названы тележками с шарнирными буксовыми связями. При этом установлено преимущество двухосной тележки с шарнирными буксовыми связями, независимо от того, движется ли она автономно, или в экипаже. Уровень поперечных (боковых, направляющих, рамных) сил у нее ниже во всем диапазоне скоростей, чем у тележки с жесткими буксовыми связями, у которой угол в плане между осями колесных пар и продольными осями боковины рамы всегда остается прямым, благодаря наличию жесткой в плане рамы тележки. Вследствии упомянутого преимущества тележка с шарнирными буксовыми связями может быть выполнена более короткобазной, чем тележка с жесткими буксовыми связями при использовании их в одинаковом скоростном диапазоне.

Недостатком известной тележки является то, что многоосный экипаж, составленный из двухосных тележек с шарнирными буксовыми связями, при движении в кривых участках пути, имеет относительно повышенный угол набегания колес на рельсы, так как оси его колесных пар практически не поворачиваются относительно друг друга в плане, что приводит к повышенным износам колес и рельсов и к повышенному ограничению скорости движения, особенно заметным при скоростном и высокоскоростном движении.

Известна тележка железнодорожного транспортного средства, содержащая колесные пары с шарнирными буксовыми связями и боковины, попарно объединяющие колесные пары (SU, авт. св. N 1806963, кл. B 61 F 3/02, 1993).

Недостатком этой тележки является то, что обеспечивается установка самой тележки лишь "близкая к радиальной", так как здесь средняя поперечная плоскость каждой двухосной тележки устанавливается в положение, отличное от радиального с отклонением около 30% от номинального радиального положения. В ряде случаев не обеспечивается также плавность вписывания при входе тележки в кривую. Отмеченные недостатки имеют место вследствие особенностей примененного механизма сопряжения боковин тележки с промежуточной рамой или с кузовом.

Кроме того, недостатком обеих известных конструкций тележек, особенно при их использовании в скоростном и высокоскоростном движении является:
применение в буксах только сферических подшипников качения, получающих повышенный износ в условиях повышенных скоростей движения;
повышенная неподрессоренная масса в тележках, что ведет к увеличенным износам пути и элементов экипажа и к понижению допустимых скоростей движения.

Техническим результатом изобретения является:
повышение ходовых и тяговых качеств тележки с шарнирными буксовыми связями путем обеспечения плавного вписывания и радиальной установки ее в кривых участках железнодорожного пути в сочетании с устройством радиальной связи тележки с кузовом;
уменьшение непосредственной массы тележки;
установка в шарнирных буксовых связях подшипников качения с цилиндрическими или коническими роликами, наиболее работоспособных в условиях повышенных скоростей движения и технологичных в изготовлении;
создание конструкции тележки, удобной для размещения моторно-редукционного блока тяговой передачи, с опорно-кузовным подвешиванием, наиболее совершенным с точки зрения уменьшения воздействия экипажа на путь и удобной для размещения дополнительных дисковых и магнитно-рельсовых тормозов и для применения известных устройств для радиальной установки каждой отдельной колесной пары.

Этот технический результат достигается тем, что тележка железнодорожного транспортного средства, содержащая колесные пары с шарнирными буксовыми связями и боковины, попарно объединяющие колесные пары, снабжена поперечиной, шарнирно связанной с наклонной штангой или шкворнем для соединения с кузовом, и гасителями продольных колебаний поперечины, одни концы которых шарнирно прикреплены к соответствующему концу поперечины, а вторые концы выполнены с возможностью шарнирного прикрепления к кузову, причем боковины шарнирно закреплены на поперечине с возможностью ограниченного поворота в горизонтальной плоскости относительно поперечины.

Кроме того, каждая шарнирная буксовая связь представляет собой отдельную буксу, прикрепленную к боковине с возможностью ограниченного поворота вокруг вертикальной оси и соединена с боковиной по меньшей мере одним поводком и упругими элементами, или каждая шарнирная буксовая связь представляет собой отдельную буксу и охватывающую буксу рамку, установленную на боковине при помощи шпинтонов с возможностью поворота вокруг вертикальной оси и подпружиненную в вертикальном направлении комплектом упругих опор, установленных с возможностью вращения вокруг упомянутой вертикальной оси, при этом тележка снабжена гасителями колебаний букс относительно боковин, причем каждый гаситель колебаний шарнирно прикреплен к соответствующей буксе и боковине и установлен с расположением его продольной оси под углом 0-60^o к горизонту и под углом 0-45^o в плане к продольной оси тележки, а также гасителями продольных колебаний поперечины относительно кузова и гасителями поперечных колебаний боковин относительно поперечины, шарнирно закрепленными на соответствующих боковине и конце поперечины, при этом один конец каждого гасителя продольных колебаний шарнирно закреплен на соответствующем конце поперечины, а второй его конец выполнен с возможностью шарнирного прикрепления к кузову, и по меньшей мере двумя горизонтальными поперечными штангами, соединенными с боковинами при помощи шарниров, каждый из которых расположен в продольно-вертикальной плоскости, проходящей через шарнир соединения боковины с поперечиной и расположен выше осей колесных пар.

На фиг. 1 изображена двухосная тележка с шарнирными буксовыми связями, выполненными со сферическими буксовыми подшипниками; общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А фиг. 1; на фиг. 3 тележка с шарнирными буксовыми связями, выполненными в виде отдельных букс стандартной компоновки, общий вид; на фиг. 4 шарнирная буксовая связь в виде отдельной буксы, связанной с боковиной с помощью охватывающей буксу рамки; на фиг. 5 тележка с шарнирными буксовыми связями с показом расположения гасителей колебаний и моторно-редукторного блока в плане; на фиг. 6 тележка по фиг. 5, общий вид; на фиг. 7 тележка в плане, оснащенная поперечиной, имеющей на концах по два шарнира с креплением к ним двух гасителей колебаний и двумя горизонтальными штангами, скрепленными с боковинами с помощью шарниров.

Тележка железнодорожного транспортного средства содержит (фиг. 1 и 2) колесные пары 1 с шарнирными буксовыми связями 2, состоящими из сферических самоустанавливающихся буксовых подшипников, объединенные попарно боковинами 3, поперечину 4, связанную наклонной штангой 5 или длинным шкворнем с кузовом 6 и оснащенную шарнирами 7 (для соединения поперечины со штангой 5 или шкворнем) и 8 (для соединения поперечины с боковинами 3) и имеющую на концах по шарниру с прикрепленными к нему гасителем 9 продольных колебаний поперечины 4 относительно кузова 6. При этом в шарнирах 8 выполнены упоры 10, ограничивающие поворот боковин 3 в плане лишь в пределах зазора Δ между ребордами колес и рельсовой колеей. В шарнире 7 (фиг. 2) создан предварительный натяг 500-1000 кгс•м повороту в плане для самоустановки в процессе сборки под прямым углом поперечины 4 относительно штанги 5 (или продольной оси кузова, при шкворне) на прямом участке пути. Для ограничения поперечного смещения кузова на нем выполнены подпружиненные упоры 11, расположенные на уровне осей колесных пар (фиг. 2). С целью уменьшения непосредственной массы тележки и для установки в буксах цилиндрических или конических роликовых подшипников установлены буксы 12 (фиг. 3) известной компоновки (фирмы Hencshel), отдельные от боковины 3, воспринимающие вертикальную нагрузку через пару пружинных опор 13, а горизонтальную через поводок 14 с сайлентблоками по концам для соединения с буксой и боковиной. Такая букса в сочетании с боковиной 3, соединенной шарниром 8 с поперечиной 4, образует в тележке шарнирную буксовую связь с упругой поперечной связью с боковиной. В шарнирной буксовой связи с жесткой поперечной связью с боковиной (фиг. 4) установлена букса 12, отдельная от боковины 3 и связанная с ней с помощью рамки 15, непосредственно соединенной со шпинтонами 16 и 17, обеспечивающими вращение рамки вокруг вертикальной оси и подпружиненной комплектом пружин 18 с возможностью вращения вокруг той же оси, поскольку пружины упираются в боковину через упорный подшипник 19. С целью обеспечения идентификации демпфирования вращательных колебаний относительно боковин отдельных букс вокруг своих вертикальных осей, возникающих при вилянии боковин подобному демпфированию вращательных колебаний самоустанавливающимися сферическими буксовыми подшипниками каждая отдельная букса 12 оснащена шарниром с прикрепленным к нему гасителем колебаний 20 (фиг. 5 и 6), связывающим буксу 12 с боковиной 3, с продольной осью гасителя, расположенной под углом:
в плане 0-45^o к продольной оси тележки на прямом участке пути;
в вертикальной плоскости 0-60^o к горизонту. В качестве варианта идентификации описанного выше демпфирования вращательных колебаний отдельных букс, влияющих на влияние боковин, тележка оборудована поперечиной 4 (фиг. 7), имеющей на концах по два шарнира с прикрепленными к ним двумя гасителями колебаний: продольных 9 (поперечины 4 относительно кузова 6) и поперечных 21 (боковины 3 относительно поперечины 4).

С целью равномерно распределенной (без перекосов) передачи боковых усилий от кузова через упоры 11 (фиг. 2) на подшипники отдельных букс 12 (фиг. 6, 7), между боковинами установлены минимум две горизонтальные штанги 22, скрепленные с боковыми шарнирами 23, каждый из которых расположен в продольно-вертикальной плоскости, проходящей через шарнир 8 соединения боковины с поперечиной и размещен выше уровня осей колесных пар.

Конструкция тележки (фиг. 3 и 5) позволяет разместить над колесными парами 1, поперечиной 4, штангой 5 и между боковинами 3 моторно-редукторный блок тяговой передачи 24, подвешенный к кузову локомотива и дополнительные дисковые тормоза с дисками 25, расположенными на цилиндрах 26, прикрепленных к ведущим полумуфтам карданных муфт 27 стороны редуктора (фиг. 5).

Правильный выбор наклона штанги 5 в вертикальной плоскости устраняет разгрузку колесных пар от усилий, возникающих вследствии приложения силы тяги локомотива "на крюке" выше уровня головок рельсов, и от реактивных моментов.

В тележках с отдельными буксами (фиг. 3,4-7) могут быть применены известные устройства для радиальной установки в кривой каждой отдельной колесной пары.

Тележка работает следующим образом.

При движении по прямому участку пути поперечина 4 расположена перпендикулярно оси кузова вследствии предварительного натяга в шарнире 7 и связанности с кузовом через гасители продольных колебаний 9. При этом, с возникновением поперечных колебаний колесные пары 1 тележки воспринимают поперечные усилия от пути равномерно между собой, благодаря вращению боковин 3 как равноплечих балансиров вокруг шарниров 8 (фиг. 2, 5 и 7). При вписывании в кривой участок пути поперечина 4, вследствии связанности с кузовом через гасители продольных колебаний 9, плавно устанавливается радиально, поворачиваясь в плане вокруг шарнира 7 под влиянием сил взаимодействия колес с рельсами и элементов экипажа, и колесные пары, таким же образом, как и в прямом участке пути примерно равномерно между собой воспринимают боковые усилия от пути. Такое равномерно распределенное между колесными парами восприятие боковых усилий от пути и в прямых участках и в кривых, в сочетании с относительно малым углом набегания колеса на рельс, благодаря радиальной установке самой тележки (с поворачивающейся поперечиной 4) и короткой базе тележки, обеспечивает высокие ходовые качества предлагаемой тележки. При этом, как показали испытания, тележка относительно хорошо сопротивляется влиянию еще и благодаря демпфированию, имеющему место в шарнирных буксовых связях.

Ходовые качества тележки с шарнирными буксовыми связями проверены в процессе проведенных испытаний экипажа динамических и по воздействию на путь, с использованием двухосных тележек с колесной базой 1850 мм, в скоростном диапазоне до 180 км/ч, а также при движении со скоростью до 272 км/ч с новыми бандажами и с искусственно созданным прокатом, глубиной до 2 мм.

Из предлагаемых двухосных тележек может быть выполнен компактный многоосный (например, восьмиосный) экипаж с помощью применения известной гидравлической балансировки смежных двухосных тележек.

Использование изобретения позволит оснастить железнодорожный транспорт надежными тележками прогрессивной конструкции, особенно эффективными в применении на скоростном железнодорожном подвижном составе.

Использование: в железнодорожных экипажах, имеющих двухосные тележки, а также многоосные тележки, составленные из двухосных. Сущность изобретения: тележка содержит колесные пары с шарнирными буксовыми связями, боковины, попарно объединяющие колесные пары, поперечину, шарнирно связанную с наклонной штангой или шкворнем для соединения с кузовом, и гасители продольных колебаний поперечины. Эти гасители одними концами шарнирно прикреплены к соответствующему концу поперечины, а вторые их концы выполнены с возможностью шарнирного прикрепления к кузову. Боковины шарнирно закреплены на поперечине с возможностью ограниченного поворота в горизонтальной плоскости относительно поперечины 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Тележка железнодорожного транспортного средства, содержащая колесные пары с шарнирными буксовыми связями и боковины, попарно объединяющие колесные пары, отличающаяся тем, что она снабжена поперечиной, шарнирно связанной с наклонной штангой или шкворнем для соединения с кузовом, и гасителями продольных колебаний поперечины, одни концы которых шарнирно прикреплены к соответствующему концу поперечины, а вторые концы выполнены с возможностью шарнирного прикрепления к кузову, причем боковины шарнирно закреплены на поперечине с возможностью ограниченного поворота в горизонтальной плоскости относительно поперечины. 2. Тележка по п.1, отличающаяся тем, что каждая шарнирная буксовая связь представляет собой отдельную буксу, прикрепленную к боковине с возможностью ограниченного поворота вокруг вертикальной оси, и соединена с боковиной по меньшей мере одним поводком и упругими элементами. 3. Тележка по п.1, отличающаяся тем, что каждая шарнирная буксовая связь представляет собой отдельную буксу и охватывающую буксу рамку, установленную на боковине при помощи шпинтонов с возможностью поворота вокруг вертикальной оси и подпружиненную в вертикальном направлении комплектом упругих опор, установленных с возможностью вращения вокруг упомянутой вертикальной оси. 4. Тележка по п.2 или 3, отличающаяся тем, что она снабжена гасителями колебаний букс относительно боковин, причем каждый гаситель колебаний шарнирно прикреплен к соответствующей буксе и боковине и установлен с расположением его продольной оси под углом 0 60^o к горизонту и под углом 0 45^o в плане к продольной оси тележки. 5. Тележка по по.1, отличающаяся тем, что она снабжена гасителями продольных колебаний поперечины относительно кузова и гасителями поперечины колебаний боковин относительно поперечины, шарнирно закрепленными на соответствующих боковине и конце поперечины, при этом один конец каждого гасителя продольных колебаний шарнирно закреплен на соответствующем конце поперечины, а второй его конец выполнен с возможностью шарнирного прикрепления к кузову. 6. Тележка по п.4 или 5, отличающаяся тем, что она снабжена по меньшей мере двумя горизонтальными поперечными штангами, соединенными с боковинами при помощи шарниров, каждый из которых расположен в продольно-вертикальной плоскости, проходящей через шарнир соединения боковины с поперечиной, и расположен выше осей колесных пар.