ТЕЛЕЖКА ЛОКОМОТИВА Российский патент 1999 года по МПК B61F3/04 B61F5/48 

Изобретение относится к железнодорожному транспортному средству и касается конструкций тележек локомотива.

Известна тележка локомотива, содержащая раму, опирающуюся посредством упругих элементов первой ступени рессорного подвешивания на буксы колесных пар, упругие элементы второй ступени рессорного подвешивания, расположенные между рамой тележки и рамой локомотива, наклонный поводок, который посредством двух резинометаллических шарниров соединяет раму тележки с рамой локомотива (Проспект фирмы "Adtranz" и "GE Transportation Systems" "Облегченный дизель-электрический локомотив с асинхронным тяговым приводом". )
Недостатками данной конструкции являются повышенные боковые давления на направляющие колесные пары в режиме "толкай" из-за перекоса тележки при вписывании в кривые, а также наличие удлиненного поводка, соединяющего консоль рамы тележки со средней частью рамы локомотива, исключает увеличенные углы поворота, т. е. возможность вписывания тележки в кривые малых радиусов, а также создает трудности при компоновке локомотива и выкатке тележек во время обслуживания и ремонта.

Известна тележка, содержащая раму, опирающуюся посредством упругих элементов первой ступени рессорного подвешивания на буксы колесных пар, вторую ступень рессорного подвешивания, установленную на раме тележки, промежуточную раму, расположенную над рамой тележки, шкворень, сочленяющий раму тележки с рамой локомотива, боковые опоры, пневмодогружатель (авторское свидетельство СССР N472042, B 61 F 5/10, 1975 г. - прототип).

Недостатками этой конструкции являются:
- низкий коэффициент использования сцепного веса при неработающем догружателе;
- наличие в догружателе пневмоцилиндров, для функционирования которых необходимы сжатый воздух, подготовительное время и управляющая система;
- низкоопущенный шкворень, вертикально перемещающийся относительно шкворневого узла при колебаниях упругих элементов второй ступени рессорного подвешивания и создающий неудобства при выкатке тележек во время обслуживания и ремонта;
- невозможность размещения, т.к. тележка теряет подвижность упругих элементов второй ступени рессорного подвешивания с высокой вертикальной и горизонтальной податливостью, что диктуется современной концепцией двухъярусных экипажей, когда две трети общего статического прогиба тележки создаются второй ступенью рессорного подвешивания;
- отсутствие упругого поперечного смещения рамы тележки относительно рамы локомотива.

Техническим результатом изобретения являются улучшенные эксплуатационные характеристики тепловоза, а именно:
- повышенные тяговые свойства тележки;
- высокие скоростные качества тележки;
- возможность вписывания тележки в кривые малых радиусов;
- передача тягово-тормозных усилий от тележки к раме локомотива без увеличения направляющих усилий (и в режиме "толкай") на колесных парах;
- уменьшенный по высоте шкворень, вертикально неподвижный при колебаниях относительно шкворневого узла и не создающий неудобств при выкатке тележки;
Технический результат достигается тем, что тележка локомотива, содержащая раму, опирающуюся посредством упругих элементов первой ступени рессорного подвешивания на буксы колесных пар, упругие элементы второй ступени рессорного подвешивания, боковые опоры, шкворень, снабжена надрамником, сочленяющимся с рамой локомотива посредством шкворня и боковых опор, имеющим в консольной части загнутые вниз кронштейны с шарнирами, соединенные посредством двух коротких поводков с опущенной к головкам рельсов консолью рамы тележки, упругие элементы второй ступени рессорного подвешивания расположены по всей длине рамы тележки и на большем удалении от продольной оси тележки, чем упругие элементы первой ступени рессорного подвешивания, а боковые опоры расположены по обе стороны поперечной оси тележки на расстоянии, определенном выражением

где F - сила тяги;
P - вертикальная реакция от силы тяги на раму тележки;
Q - масса надрессорного строения, приходящая на тележку;
l - расстояние по горизонтали от шарнира кронштейна надрамника до ближайшей опоры;
H - расстояние по вертикали от шарнира кронштейна надрамника до опорной поверхности боковых опор.

Сочленение надрамника и рамы локомотива посредством шкворня и боковых опор обеспечивает надрамнику только одну степень свободы относительно рамы локомотива - вращение вокруг шкворня, что позволяет тележке вписываться в кривые малых радиусов, а также сократить высоту шкворня и устранить его вертикальную подвижность относительно шкворневого узла, расположенного в надрамнике. Плоскостная и вертикальная фиксация надрамника осуществляется боковыми опорами, которые для исключения опрокидывания надрамника под действием тягово-тормозных усилий от тележки необходимо располагать по обе стороны поперечной оси тележки, проходящей через шкворень, на расстоянии, определяемом выражением

Условия равновесия надрамника (см. фиг.3):
1. При отсутствии силы тяги

где T - реакция передних или задних боковых опор тележки, которая равна равнодействующей передней или задней группы сжатых упругих элементов второй ступени рессорного подвешивания.

2. При наличии силы тяги для движения "вперед" динамическая составляющая реакции задних боковых опор определиться из уравнения равновесия относительно центра O₁
ΔT₂•2l = F•H+P(1+2L),

где ΔT₂ - динамическая составляющая реакции задних боковых опор от силы тяги.

Условие устойчивости надрамника для движения "вперед"

Из этого неравенства расстояние боковых опор от поперечной оси тележки определяется выражением:

3. При наличии силы тяги движения "назад" усилия на схеме показаны пунктирными линиями относительно центра O₂.

Условие устойчивости надрамника для движения "назад".

Расстояние опор от поперечной оси тележки определяется выражением:

При условии симметричности расположения боковых опор относительно шкворня расстояние от поперечной оси тележки должно определяться выражением, как и для движения "вперед":

Принимая во внимание высокие тяговые свойства тележки, расстояние между опорами L должно быть достаточно большим, т.е. надрамник должен охватывать значительную длину рамы тележки.

Сочленение кронштейнов надрамника посредством двух коротких поводков с рамой тележки позволяет тележке иметь несколько степеней свободы относительно надрамника - вертикальные и поперечные перемещения, а также ограниченные упругие повороты вокруг продольной, поперечной и вертикальной осей; позволяет осуществить передачу тягово-тормозных усилий от тележки к надрамнику, сохранить равномерную нагрузку по колесным парам (обеспечить высокий коэффициент использования сцепного веса); обеспечить, благодаря свойству параллелограмма, совместно с упругими элементами второй ступени рессорного подвешивания взаимную параллельность надрамника и рамы тележки при поперечных смещениях и передаче тягово-тормозных усилий, исключая перекос тележки в режиме "толкай". Но вместе с тем допускает незначительные упругие смещения по углу поворота рамы тележки, способствуя безударному воздействию на путь колесных пар при входе в кривые и при движении на больших скоростях, что повышает динамические качества экипажа.

Расположение упругих элементов второй ступени рессорного подвешивания по всей длине рамы и на увеличенном расстоянии от продольной оси тележки позволяет получать высокие статические прогибы в ограниченных габаритах по высоте и при этом обеспечить приемлемые характеристики по продольным и поперечным колебаниям надрессорного строения, т. е. повысить устойчивость экипажа от "галопирования" и "валкости".

Предлагаемая конструкция тележки, имеющая систему, состоящую из боковых опор, позволяющих надрамнику вращаться вокруг шкворня с установленным моментом сопротивления, надрамника, поводков и рамы тележки, локализует поперечные составляющие, возникающие при передаче тягово-тормозных усилий посредством поводков, преобразовывает их во внутренние силы системы, которые не оказывают влияние на величины боковых и направляющих усилий при взаимодействии колеса и рельса.

На фиг. 1 показан общий вид тележки; на фиг. 2 - вид сверху; на фиг.3 - силовая схема равновесия надрамника.

Тележка содержит раму 1, опирающуюся посредством упругих элементов 2 на буксы 3 колесных пар 4, упругие элементы 5 второй ступени рессорного подвешивания, боковые опоры 6, предназначенные для восприятия нагрузок от кузова локомотива, шкворень 7, надрамник 8, опирающийся на упругие элементы 5 второй ступени рессорного подвешивания, кронштейны 9, которые сочленяются с рамой тележки 1 посредством двух коротких поводков 10, шарниры 11.

Высокие тяговые свойства обеспечиваются передачей тягово-тормозных усилий от рамы тележки 1 к надрамнику 8 посредством поводков 10 и кронштейнов надрамника 9.

Вписывание в кривые обеспечивается поворотом тележки на боковых опорах 6 вокруг шкворня 7.

Высокие скоростные качества обусловлены приемлемой вертикальной и горизонтальной динамикой экипажа на больших скоростях, которая обеспечивается увеличенной суммарной податливостью упругих элементов 2 и 5, а также увеличенной горизонтальной податливостью элементов 5, создающих возможность упругого поперечного смещения надрамника относительно рамы тележки при воздействии боковых сил.

Тележка предлагаемого конструктивного исполнения предназначена для формирования экипажа универсального тепловоза, позволяет обеспечить высокие тяговые свойства, способность выполнять маневровую работу в кривых предельно малых радиусов и поездную работу с установленными для перспективных магистральных тепловозов скоростями.

Тележка локомотива содержит раму, которая посредством упругих элементов первой ступени рессорного подвешивания опирается на буксы колесных пар, упругие элементы второй ступени рессорного подвешивания, боковые опоры и шкворень. Над рамой тележки установлен надрамник, который имеет в консольной части загнутые вниз кронштейны. Кронштейны соединены посредством двух коротких поводков с опушенной к головкам рельсов консолью рамы тележки. Надрамник опирается на упругие элементы второй ступени рессорного подвешивания, расположенные по всей длине рамы тележки и на большем удалении от продольной оси тележки, чем упругие элементы первой ступени рессорного подвешивания. Надрамник сочленяется с рамой локомотива посредством шкворня и боковых опор. Обеспечиваются повышение тяговых свойств тележки и ее скоростных качеств, возможность вписывания тележки в кривые малых радиусов. 3 ил.

Тележка локомотива, содержащая раму, опирающуюся посредством упругих элементов первой ступени рессорного подвешивания на буксы колесных пар, упругие элементы второй ступени рессорного подвешивания, боковые опоры, шкворень, отличающаяся тем, что она снабжена надрамником, сочленяющимся с рамой локомотива посредством шкворня и боковых опор, имеющим в консольной части загнутые вниз кронштейны с шарнирами, соединенные посредством двух коротких поводков с опущенной к головкам рельсов консолью рамы тележки, упругие элементы второй ступени рессорного подвешивания расположены по всей длине рамы тележки и на большем удалении от продольной оси тележки, чем упругие элементы первой ступени рессорного подвешивания, а боковые опоры расположены по обе стороны поперечной оси тележки на расстоянии, определенном выражением

где F - сила тяги;
Р - вертикальная реакция от силы тяги на раму тележки;
Q - масса надрессорного строения, приходящая на тележку;
l - расстояние по горизонтали от шарнира кронштейна надрамника до ближайшей опоры;
Н - расстояние по вертикали от шарнира кронштейна надрамника до опорной поверхности боковых опор.