ТЕЛЕЖКА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2003 года по МПК B61F5/38 B61F5/26 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к вагонам, тепловозам, электровозам, и касается конструкции устройств, предназначенных для обеспечения радиальной установки осей колесных пар тележек железнодорожных транспортных средств при их движении в кривых.

Известна тележка железнодорожного транспортного средства, содержащая три колесные пары с буксами, пружины рессорного подвешивания, установленные на буксы, связи (буксовые поводки), в которой для достижения радиальной установки осей колесных пар связи (буксовые поводки) крайних колесных пар установлены наклонно в вертикальной плоскости, а в плане под углом к продольной оси, а их продольные оси симметрии пересекаются в точке проекции центра масс тележки на горизонтальную плоскость, проходящую через головки рельсов (авт. св. 1438999, кл. В 61 F 5/02, 5/38).

Недостатками такой конструкции являются ее высокая сложность и низкая технологичность из-за установки каждой связи (поводка) под индивидуальными углами в вертикальной и горизонтальной плоскостях, а также недостаточность положительного эффекта при прохождении кривых малого радиуса.

Техническим результатом изобретения является поворот в горизонтальной плоскости при движении в кривой в противоположные стороны крайних колесных пар относительно вертикальных осей, что приводит к автоматической установке осей этих колесных пар по направлениям радиусов кривой, что приводит к снижению бокового давления гребней колес на рельс, сопротивления движению железнодорожного транспортного средства в кривой, износа гребней, расхода топлива, увеличению срока службы колесных пар.

Технический результат достигается тем, что в безрамной тележке железнодорожного транспортного средства, содержащей три колесные пары с буксами, пружины рессорного подвешивания, установленные на буксы, связи, соединяющие колесные пары между собой, между упорными кронштейнами букс крайних и средней осей шарнирно установлены стержни таким образом, что их оси не пересекаются с осями крайних колесных пар, а центры продольной жесткости пружин рессорного подвешивания, опирающихся на буксы этих колесных пар, смещены относительно вертикальных плоскостей, проходящих через их оси, на величину

где х - необходимое продольное смещение буксы в кривой;
а - вертикальное расстояние между осями крайних колесных пар и ближайшими к ним шарнирами стержней;
b - горизонтальное расстояние между осями крайних колесных пар и ближайшими к ним шарнирами стержней;
d - вертикальное расстояние между шарнирами стержней;
е - горизонтальное расстояние между шарнирами стержней;
L - длина стержней;
Н - вертикальное расстояние между опорой пружин рессорного подвешивания на буксы крайних колесных пар и осями этих колесных пар;
Р - вертикальная нагрузка от центробежной силы, воспринимаемая пружинами рессорного подвешивания, опирающимися на буксы крайних колесных пар;
П - усилия в стержнях, соединяющих упорные кронштейны букс от вертикальной нагрузки Р;
кроме того, стержни снабжены натяжными устройствами, а связи соединяют колесные пары между собой в срединной продольной плоскости шарнирами, обеспечивающими поворачиваемость колесных пар относительно вертикальной и продольной осей.

Такое выполнение тележки железнодорожного транспортного средства и, в частности, установка шарнирно стержней между упорными кронштейнами букс крайних и средней осей таким образом, что их оси не пересекаются с осями крайних колесных пар, а центры продольной жесткости пружин рессорного подвешивания, опирающихся на буксы этих колесных пар, смещены относительно вертикальных плоскостей, проходящих через их оси, на величину

где х - необходимое продольное смещение буксы в кривой;
а - вертикальное расстояние между осями крайних колесных пар и ближайшими к ним шарнирами стержней;
b - горизонтальное расстояние между осями крайних колесных пар и ближайшими к ним шарнирами стержней;
d - вертикальное расстояние между шарнирами стержней;
е - горизонтальное расстояние между шарнирами стержней;
L - длина стержней;
Н - вертикальное расстояние между опорой пружин рессорного подвешивания на буксы крайних колесных пар и осями этих колесных пар;
Р - вертикальная нагрузка от центробежной силы, воспринимаемая пружинами рессорного подвешивания, опирающимися на буксы крайних колесных пар;
П - усилия в стержнях, соединяющих упорные кронштейны букс от вертикальной нагрузки Р;
кроме того, снабжение стержней натяжными устройствами и соединение связями колесных пар между собой в срединной продольной плоскости шарнирами, обеспечивающими поворачиваемость колесных пар относительно вертикальной и продольной осей, при движении в кривой приводит к повороту в горизонтальной плоскости в противоположные стороны крайних колесных пар относительно вертикальных осей и автоматической установке осей этих колесных пар по направлениям радиусов кривой, что приводит к снижению бокового давления гребней колес на рельс, сопротивления движению железнодорожного транспортного средства в кривой, износа гребней, расхода топлива, увеличению срока службы колесных пар.

Предлагаемая безрамная тележка железнодорожного транспортного средства представлена на чертежах, где:
на фиг. 1 изображена безрамная тележка железнодорожного транспортного средства, общий вид;
на фиг.2 изображен вид сверху на фиг.1.

на фиг. 3 изображена безрамная тележка железнодорожного транспортного средства, общий вид;
на фиг.4 изображен вид сверху на фиг.3.

на фиг. 5 изображена расчетная схема безрамной тележки железнодорожного транспортного средства.

В безрамной тележке железнодорожного транспортного средства для обозначения точки пересечения равнодействующей продольных жесткостей пружин рессорного подвешивания, опирающихся на буксу, с опорной поверхностью этой буксы применен термин "центр продольной жесткости пружин рессорного подвешивания".

Безрамная тележка железнодорожного транспортного средства (фиг.1-4) состоит из крайних колесных пар 1 и 2, средней колесной пары 3 букс крайних колесных пар 4 и 5 с упорными кронштейнами соответственно 6 и 7 и кронштейнами соответственно 8 и 9, букс средней колесной пары 10 с кронштейнами 11, пружин рессорного подвешивания крайних колесных пар 12 и 13, пружин рессорного подвешивания средней колесной пары 14, стержней 15 с шарнирами 16 и натяжными устройствами 17, связей 18 с шарнирами 19 и 20.

Как видно из расчетной схемы устройства, приведенной на фиг.5, математическая формула, связывающая его основные конструктивные параметры, получена как результат теоретического исследования двухмерной расчетной схемы (двухмерной математической модели). В математической модели буксы с упорными кронштейнами, а также соединяющие их шарнирные стержни приняты абсолютно жесткими, а сопротивление колеса перекатыванию равным 0.

Условия равновесия колеса с буксой, пружинами и шарнирным стержнем как половины симметричной расчетной схемы могут быть описаны условиями
ΣXi = 0 (1);
ΣYi = 0 (2);
ΣMo(Pi) = Σ(xiYi-yiXi) = 0 (3),
где Xi; Yi - проекции сил на оси координат;
xi; yi - координаты точек приложения сил.

Уравнение (1) дает соотношение
Q-П•cosα=0, (4)
где в соответствии с фиг.5 cosα=e/L, что говорит о том, что силы сопротивления продольному перемещению колеса Q равны усилию в стержне П•cosα от вертикальной нагрузки Р.

Уравнение (2) дает соотношение
R-P=0, т.e. R=P, (5)
что говорит о том, что вертикальная опорная реакция колеса R равна вертикальной нагрузке от центробежной силы на пружины рессорного подвешивания, опирающиеся на буксы Р.

Из расчетной схемы очевидно, что наиболее удобной точкой для составления уравнения моментов по выражению (3) является точка O₂ , являющаяся точкой пересечения линий действия вертикальной реакции колеса R и горизонтальной силы сопротивления продольному перемещению колеса Q, так как в этом случае моменты этих сил относительно точки О₂ равны нулю и уравнение (3) принимает вид
Р(с+х)-П•O₂F=0, (6)
где расстояние О₂F точки О₂ до линии действия усилия П определяется из треугольников ABD, AEG и О₂GF с учетом величин Н и а по выражению
O₂F=(a•e+d•b+d•x-H•e)/L, (7)
подставляя (7) в (6) получим
Р(с+х)-П(a•e+d•b+d•x-H•e)/L=0, (8)
решая (8) относительно с получим

Кроме ограничений, указанных выше, при выводе формулы перемещения, связанные с поворотом букс, не учитывались как величины второго порядка малости относительно линейных размеров устройства.

Кроме того, очевидным является то обстоятельство, что если силы сопротивления продольному перемещению колеса Q формируются только буксовыми пружинами, т. е., если Q=с_П•х₁ (10), то поперечная жесткость пружин рессорного подвешивания, опирающихся на буксы, может быть определена из (10) с учетом (4) по выражению
c_П=П•cosα/х₁, (11)
или, если параметры буксовых пружин уже окончательно выбраны, параметр П может быть выведен из матрицы неизвестных параметров путем его определения из выражения (4) с учетом (10) по выражению
П=с_П•x₁/cosα (12),
где c_П - поперечная жесткость пружин рессорного подвешивания, опирающихся на буксы;
x₁ - продольное перемещение основания пружин под действием нагрузки Р (перемещение точки Ц на расчетной схеме).

Аналогичным образом, рассматривая схему по фиг.1 (центр продольной жесткости пружин смещен наружу базы тележки), получим

Объединяя обе формулы в одну ((9) и (13)) получим математическую формулу, приведенную в независимом пункте формулы изобретения

Где знак ± применяется при смещении центра продольной жесткости пружин внутрь базы тележки и при смещении центра продольной жесткости пружин наружу базы тележки соответственно.

Таким образом, формула связывает основные параметры устройства и не затрагивает параметры конкретного железнодорожного транспортного средства, влияющие на величину вертикальной нагрузки от центробежной силы на пружины рессорного подвешивания, опирающиеся на буксы Р и проектную величину смещения буксы х (проектировщику конкретного транспортного средства предоставляется полная свобода действий по их выбору).

Безрамная тележка железнодорожного транспортного средства работает следующим образом. Вес железнодорожного транспортного средства передается на колесные пары 1, 2 и 3 через буксы 4, 5 и 10 соответствующими пружинами рессорного подвешивания 12, 13 и 14, причем на буксы 4 и 5 крайних колесных пар 1 и 2 он передается пружинами рессорного подвешивания 12 и 13, центры продольной жесткости которых, определяемые как точки пересечения равнодействующих продольных жесткостей этих пружин с опорной поверхностью букс, на которые они опираются, смещены относительно вертикальных плоскостей, проходящих через оси этих колесных пар, на величину с. За счет этого смещения сила веса на буксах 4 и 5 крайних колесных пар 1 и 2 создает моменты, которые уравновешиваются усилиями в стержнях 15, создаваемыми при монтаже за счет пружин рессорного подвешивания или натяжными устройствами 17, а колесные пары 1 и 2 при этом устанавливаются в положение динамического равновесия. При движении железнодорожного транспортного средства в кривой на его кузов и тележки начинают действовать центробежные силы, которые на пружинах рессорного подвешивания создают пары вертикальных сил, которые с наружной стороны кривой их донагружают, а с внутренней стороны кривой частично разгружают. При этом от этих сил на буксах 4 и 5 крайних колесных пар 1 и 2 возникают дополнительные неуравновешенные моменты, направленные в разные стороны с наружной и внутренней сторон кривой, которые выводят крайние колесные пары 1 и 2 из состояния динамического равновесия. Под действием этих моментов буксы 4 и 5 начнут поворачиваться относительно осей соответствующих колесных пар до тех пор, пока создаваемые ими дополнительные усилия в стержнях 15 уравновесят эти моменты. При повороте букс шарниры 16 стержней 15 начнут перемещаться вверх или вниз, что в свою очередь вызовет горизонтальное перемещение букс крайних колесных пар в противоположных направлениях. Горизонтальные перемещения букс 4 и 5 крайних колесных пар 1 и 2 в противоположных направлениях и приводят к автоматической установке осей этих колесных пар по направлениям радиусов этой кривой. В результате при движении железнодорожного транспортного средства в кривой снижается боковое давление гребней колес на рельсы, сопротивление движению, износ гребней, расход топлива и увеличивается срок службы колесных пар. При выходе железнодорожного транспортного средства из кривой центробежные силы и дополнительные вертикальные пары сил исчезают и оси колесных пар автоматически возвращаются в прежнее состояние динамического равновесия.

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и касается конструкции устройств, предназначенных для обеспечения радиальной установки осей колесных пар тележек при движении в кривых. Технический результат - снижение бокового давления гребней колес на рельс, сопротивления движению в кривой, износа гребней, расхода топлива, увеличение срока службы колесных пар. Устройство содержит три колесные пары с буксами. Между упорными кронштейнами букс крайних и средних осей шарнирно установлены стержни. Оси стержней не пересекаются с осями крайних колесных пар. Центры продольной жесткости пружин рессорного подвешивания, опирающихся на буксы крайних колесных пар, смещены относительно вертикальных плоскостей, проходящих через их оси на заданную величину. 2 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Безрамная тележка железнодорожного транспортного средства, содержащая три колесные пары с буксами, пружины рессорного подвешивания, установленные на буксы, связи, соединяющие колесные пары между собой, отличающаяся тем, что между упорными кронштейнами букс крайних и средней осей шарнирно установлены стержни таким образом, что их оси не пересекаются с осями крайних колесных пар, а центры продольной жесткости пружин рессорного подвешивания, опирающихся на буксы этих колесных пар, смещены относительно вертикальных плоскостей, проходящих через их оси, на величину

где х - необходимое продольное смещение буксы в кривой;
а - вертикальное расстояние между осями крайних колесных пар и ближайшими к ним шарнирами стержней;
b - горизонтальное расстояние между осями крайних колесных пар и ближайшими к ним шарнирами стержней;
d - вертикальное расстояние между шарнирами стержней;
е - горизонтальное расстояние между шарнирами стержней;
L - длина стрежней;
Н - вертикальное расстояние между опорой пружин рессорного подвешивания на буксы крайних колесных пар и осями этих колесных пар;
Р - вертикальная нагрузка от центробежной силы, воспринимаемая пружинами рессорного подвешивания, опирающимися на буксы крайних колесных пар;
П - усилия в стержнях, соединяющих упорные кронштейны букс от вертикальной нагрузки Р. 2. Безрамная тележка железнодорожного транспортного средства по п.1, отличающаяся тем, что стержни снабжены натяжными устройствами. 3. Безрамная тележка железнодорожного транспортного средства по п.1 или 2, отличающаяся тем, что связи соединяют колесные пары между собой в серединной продольной плоскости шарнирами, обеспечивающими поворачиваемость крайних колесных пар относительно вертикальной и продольной осей.