УЗЕЛ ЛЮЛЕЧНОГО ПОДВЕШИВАНИЯ КУЗОВА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 1997 года по МПК B61F5/08 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к системам подвешивания кузовов железнодорожных экипажей.

Известно люлечное подвешивание кузовов железнодорожных экипажей, эксплуатируемое на электровозах ВЛ 10, ВЛ 15, ВЛ 80, ВЛ 82 и др. [1] состоящее из подвески, соосно с ней расположенного упругого элемента, верхнего и нижнего шарнирных соединений, выполненных каждое в виде двух плоских шарниров сочленения, верхнего и нижнего призматических и расположенного между ними промежуточного кольцевого элементов. Однако, практика эксплуатации серийного подвешивания свидетельствует о преждевременном выходе его из строя, причем характерными видами износа элементов подвешивания, проявляющимися всегда в верхнем шарнирном соединении преимущественно в плоскости продольного движения экипажа, являются [2]
диагональная выработка стаканов, максимальная глубина которой совпадает с плоскостью, параллельной продольной оси экипажа; смятие торца выпуклого выступа верхней опоры шарнира; выработка предохранительного кольца прокладки; износ внутренней поверхности прокладки; выработка поверхности стержня в галтельной части.

Доказано [3-5] что основными причинами появления этих видов износа элементов являются: удаление точки приложения активной нагрузки от верхнего шарнира на длину пружины, а также способ изготовления шарнирного соединения, преследующий выполнение естественного требования двух плоских шарниров, замеяющих сферический: максимально возможное из условий прочности прокладки сближение осей плоских шарниров. При этом оказывается, что прокладка опирается своей впадиной на выпуклый выступ нижней опоры. Характер опирания соответствует условию неустойчивого статического равновесия. Получив в процессе работы значительное отклонение от нейтрального положения, верхнее шарнирное соединение не может к нему вернуться, появляется фиксированный наклон стержней подвешивания, сопровождающийся нарастанием односторонних износов деталей.

Усовершенствование схемы серийного подвешивания с частичным использованием его деталей и в рамках его габаритных размеров предлагается в технических решениях по авт. св. СССР N 1193048 A, 1235755 AI, 1384452 AI, м.кл. B 61 F 5/00. При этом, хотя технические решения по авт. св. N 1193048 и N 1235775 устраняют во многом недостатки серийного подвешивания, однако, и в них заложены: большая металлоемкость; технологические трудности в изготовлении деталей сложной конфигурации, требующих специальной обработки для упрочнения рабочих поверхностей; ограниченность угловых перемещений стержня подвески при использовании в соединении элементов, технология изготовления которых отработана в промышленности.

Перспективным представляется применение в эксплуатации схемы подвешивания, использующей техническое решение по авт. св. N 1384452 AI.

Кардинальным отличием схемы подвешивания по этому решению от схемы серийного подвешивания является применение в верхнем шарнирном соединении контакта скольжения вместо контакта качения. Это позволило заменить два плоских, взаимно перпендикулярных шарнира соединения, одним сферическим шарниром, в котором соблюдается критерий устойчивости статического равновесия. В решении по авт. св. N 1384452 AI поверхностью контакта элементов является практически вся рабочая поверхность одного из них, что обуславливает сравнительно невысокую потребную прочность материала элементов и исключает необходимость упрочнения их рабочих поверхностей. Снижение величины коэффициента трения в контакте достигается применением антифрикционного материала.

Однако применение технического решения по авт. св. N 1384452 AI в сочетании с другими элементами серийного подвешивания или в какой-либо иной комбинации, соответствующей схеме передачи усилий от кузова к тележке электровоза, реализованной в серийном люлечном подвешивании в нижнем шарнирном соединении: если в верхнем шарнирном соединении выполненные в виде цанг части сферического шарнира отвечают требованиям технологичности сборки и надежности соединения в рабочем положении, благодаря действию силы тяжести, то в нижнем шарнирном соединении она становится дестабилизирующим фактором, т.к. действие этой силы приводит к прямо противоположному результату.

Задача изобретения упрощение конструкции узла люлечного подвешивания с применением сферических шарниров в верхнем и нижнем шарнирных соединениях и, таким образом, повышение его технологичности и эксплуатационной надежности, а также снижение затрат на изготовление.

Поставленная задача решается тем, что в узле люлечного подвешивания к раме тележки железнодорожного транспортного средства, содержащем размещенную вдоль своей оси подвеску, по обеим ее концам сферические шарниры, опирающиеся на концентрично им расположенные стаканы, а также упругий элемент, расположенный между рамой тележки и охватываемым им стаканом, отличием является то, что подвеска выполнена со сферическими утолщениями на концах, а каждый из стаканов выполнен из двух полуцилиндров, стыкующихся по диаметральной плоскости стакана.

Предлагаемая конструкция представлена на чертеже, где 1 крышка верхнего стакана, 2 шайба, 3 пружина, 4 стакан верхний, 5 подвеска, 6 вкладыш верхнего стакана, 7, 8 прокладки, 9 втулка, 10 кольцо верхнего стакана, 11 стакан нижний, 12 вкладыш нижнего стакана, 13 крышка нижнего стакана, 14 манжета, 15 кольцо нижнего стакана.

Узел люлечного подвешивания содержит подвеску 5, выполненную со сферическими утолщениями на концах, являющимися элементами шарниров. Им ответны вкладыши 6 и 12, размещенные в верхнем и нижнем стаканах 4 и 11, выполненных из двух полуцилиндров каждый. Стаканы 4 и 11 снабжены крышками 1 и 15, выполненными в виде сплошных дисков, и кольцами 10 и 15, состоящими каждое из двух полуколец. Плоскость стыковки полуколец, составляющих кольца 10 и 15, перпендикулярна плоскости стыковки полуцилиндров стаканов 4 и 11 и имеет с этой плоскостью общую ось, совпадающую с осью подвески 5. Верхнее шарнирное соединение снабжено пружиной 3, расположенной между шайбой 2 и прокладками 7
опорной и 8 регулировочной. В кронштейне тележки выполнено окно, в которое свободно входит верхний стакан 4. Между внешней боковой стенкой стакана 4 и стенкой окна в кронштейне тележки расположена втулка 9. Втулка 9 и вкладыши 6 и 12 выполнены из антифрикционного материала. Втулка 9 может быть выполнена аналогично кольцам 10 и 15. В опорном кронштейне кузова транспортного средства выполнено окно, в которое свободно входит подвеска 5. Между стержнем подвески 5 и стенкой окна в кронштейне кузова расположена упругая манжета 14. Крышки 1 и 13 могут быть снабжены масленками на чертеже не показаны.

Преимуществами предлагаемой схемы узла люлечного подвешивания по сравнению со схемой серийного подвешивания и его модификаций с учетом технических решений по авт. св. N 1193048 A, 1235755 AI, 1384452 AI являются: устранение внутренних избыточных связей в шарнирных соединениях при общем упрощении конструкции узла (под внутренней избыточной связью соединения подразумевается жесткий упор элементов двух взаимно перпендикулярных плоских шарниров при передаче вращательного движения относительно оси подвески); исключение возможности появления ударных контактов взаимодействующих элементов при передаче нагрузки от кузова к тележке и обеспечение диссипации энергии в парах трения.

Была проведена проектировочная прочностная оценка предлагаемой конструкции узла люлечного подвешивания при ее исполнении в рамках габаритных размеров серийного подвешивания с частичным использованием его деталей: использован упругий элемент серийного подвешивания (пружина по [1]) с регламентированным максимальным расчетным усилием при сжатии 109,3 kH; минимальный диаметр расчетного сечения стержня подвески принят таким же, как у серийного 50 мм, а величина отклонения оси подвески от нейтрального положения принята 12^o.

Результаты прочностного расчета свидетельствуют о 30%-ной экономии материала в предлагаемой конструкции по сравнению с серийным подвешиванием. Значения коэффициентов запасов прочности удовлетворяют требованию повышения эксплуатационной надежности узла.

Список литературы
1. Подвеска люлечная. ДЖТИ 301 523.045 СБ, ВЭЛНИИ-Э1, Новочеркасск, 1983.

2. Исследование износостойкости узлов электровозов ВЛ10У. Отчет по НИР гос.рег.N 0182.5004583, НИС ИрИИТ, Иркутск, 1984, 230 с.

3. В.В.Гуляев и соавт. К анализу причин повреждаемости деталей люлечного подвешивания электровозов ВЛ10 и ВЛ80, М. 1985 0,5 п.л. деп. в журнале Электровозная тяга. УДК.625.2.012.85 (088.8).

4. Милованов А.И. Романова В.К. Несоблюдение критерия устойчивости при статическом равновесии как предпосылка к преждевременному износу люлечного подвешивания электровозов ВЛ85. Тез. докл. XII науч.-тех.конф. ИрИИТа, - Иркутск, 1987.

Буйнова Н. П. Милованов А.И. Порочность конструктивной схемы люлечного подвешивания электровозов ВЛ10, ВЛ15, ВЛ80, ВЛ85. Тез.докл. XIV-XV науч.-тех. конф. ИрИИТа, Иркутск, 1987.

Использование: люлечное подвешивание кузова железнодорожного транспортного средства к тележке. Сущность изобретения заключается в том, что узел люлечного подвешивания содержит сферические шарниры, одним из элементов которого являются сферические утолщения на концах подвески 5, а другим - вкладыши 6, 12 из антифрикционного материала, опирающийся на дно стаканов 4, 11. Для обеспечения технологичности сборки, вписываемости в габаритные размеры серийного подвешивания и упрощения конструкции каждый стакан 4, 11 выполнен из двух полуцилиндров, стыкующихся по диаметральной плоскости стакана. с. 1 ил.

Узел люлечного подвешивания кузова железнодорожного транспортного средства к тележке, содержащий вдоль своей оси подвеску с расположенными по обеим ее концам шарнирными соединениями, в которых вкладыши шарниров, выполненные из антифрикционного материала, и их ложементы, являющиеся стаканами для размещения шарнирных соединений, расположены концентрично подвеске, отличающийся тем, что подвеска выполнена со сферическими утолщениями на концах, симметричными относительно центра подвески, а вкладыши и их ложементы выполнены каждый из двух половин, стыкующихся по плоскости диаметральной симметрии, с образованием сферических шарниров, симметричных относительно центра подвески.