ТОРСИОННАЯ РЕССОРА Российский патент 2006 года по МПК B61F5/02 B61F5/24 

Предлагаемое изобретение относится к области рельсовых транспортных средств и может быть использовано в конструкциях локомотивов.

Известна торсионная рессора, описанная в книге А.Ф.Крайнев. Словарь-справочник по механизмам. 2-ое издание переработанное и дополненное. - М.: Машиностроение, 1987 г. на стр.469, схема "а" и "б". Такая рессора используется в конструкциях транспортных машин и состоит из двух валов (схема "а"), к одному из которых присоединен рычаг 4, нагружаемый сосредоточенной силой F. При закручивании вала 3 моментом F·a звено 2 получает угловой поворот и закручивает вал 1. Такое нагружение обеспечивает как чистое кручение валов торсиона, так и их изгиб. Существенным недостатком этой конструкции является то, что в процессе кручения валов 1 и 3 их крутильная жесткость остается постоянной, а так как нагрузка F имеет в динамике широкий спектр проявления, то ее демпфирование происходит недостаточно эффективно.

Известна также торсионная рессора (см. книгу Конструкция, расчет и проектирование локомотивов. Учебник для студентов вузов. А.А.Камаев и др. под редакцией А.А.Камаева. - М.: Машиностроение, 1981 г.), представляющая собой стержень 2 (см. стр.88 рис.55 этой книги) круглого реже квадратного сечения, один конец которого закреплен во втулке 1, установленной на раме тележки, а другой жестко связан с рычагом 4, шарнирно присоединенным к кузову локомотива. Второй опорой стержня 2 служит подшипник 3. Недостатком такой торсионной рессоры является то, что в процессе закручивания стержня 2 его крутильная жесткость остается постоянной, и поэтому она, так же как и конструкция, описанная в аналоге, не отвечает требованиям, предъявляемым плавности хода локомотива за счет эффективного гашения колебаний его кузова.

Поэтому целью предлагаемого изобретения является повышение демпфирующих характеристик торсионной рессоры.

Поставленная цель достигается тем, что на шлицах стержня в пространстве между шлицевой и подшипниковой опорами размещен ряд разнотолщинных колец и последние на своих внешних круговых образующих поверхностях снабжены горизонтальными и вертикальными лысками с возможностью контактирования последними с упором, жестко закрепленным на раме тележки, причем зазоры, образованные упомянутыми вертикальными лысками и упором, имеют возрастающую величину по длине стержня в направлении от шлицевой опоры к подшипниковой. Торцевые поверхности колец в зонах контакта друг с другом покрыты фрикционным материалом.

На чертежах фиг.1 показана торсионная рессора, вид сбоку с разрезом ее в продольной плоскости по А - А; на фиг.2 - вид на нее по стрелке В; на фиг.3 - сечение ее по С - С и на фиг.4 - сечение по Д - Д.

Торсионная рессора состоит из стержня 1, снабженного шлицами 2, расположенного в шлицевой опоре 3, жестко закрепленной на раме 4 тележки локомотива. Стержень 1 другим своим концом размещен в подшипниковой опоре 5, так же жестко закрепленной на раме 4. На стержне 1, с помощью шпонки 6, установлен рычаг 7, шарнирно взаимосвязанный с кронштейном 8 кузова 9 локомотива, и на нем так же размещены кольца 10, снабженные ответными шлицами подобными шлицам 2. Кольца 10 снабжены горизонтальными лысками 11 и вертикальными лысками 12, размещенными с различными зазорами "δ" относительно упора 13, жестко установленного на раме 4.

Работает торсионная рессора следующим образом. В статическом положении локомотива под действием собственного веса G кузова 9 рычаг 7 получает угловой поворот по стрелке Е, закручивая тем самым стержень 1 на определенный угол за счет того, что его левый конец (см. фиг.1) зафиксирован шлицами 2 в шлицевой опоре 3 и является неподвижным. При этом совместно с закручиванием стержня 1 на такой же угол поворачиваются и кольца 10 и занимают такое, например, положение, с обеспечением зазоров "δ" между вертикальными лысками 12 и упором 13, как это показано на фиг.3 и фиг.4. Количество колец 10 в реальной конструкции торсионной рессоры может быть различным и оно зависит от массовых характеристик экипажной части локомотива (кузова 9) и скорости его движения, при этом у каждого кольца 10 в статическом положении локомотива зазоры "δ" возрастают по длине l стержня 1 и кольца 10 имеют разную толщину "в" (см. фиг.1). При движении локомотива из-за наличия неровности пути его кузов 9 совершает пространственные колебания как в поперечной, так и в продольной плоскостях (колебания, называемые боковой качкой, подпрыгиванием, галопированием и т.д.), что сопровождается дополнительным поворотом рычага 9, например, на угол "ϕ" (см. фиг.2). В этом случае на такой же угол закрутится и стержень 1, а так как кольца 10 установлены на его шлицах, то и они получают угловой поворот по стрелке F. Такой угловой поворот, например, кольца 10, примыкающего к шлицевой опоре 3, в первый момент времени происходит с выбором зазора δ до тех пор, когда его вертикальная лыска 12 не упрется в упор 13, что исключит его дальнейшее движение, а следовательно, и увеличит крутильную жесткость стержня 1, так как его длина l уменьшится на толщину "в" кольца 10. Увеличение крутильной жесткости стержня 1 позволит создать силы сопротивления, препятствующие действию вышеуказанной динамической нагрузки, возникающей от колебания кузова 9. Если динамические нагрузки вызывают в дальнейшем увеличение угла ϕ поворота рычага 7, то закрутка стержня 1 вызывает дальнейший угловой поворот второго кольца 10, расположенного со стороны шлицевой опоры 3 до тех пор, пока его вертикальная лыска 12 не войдет в контакт с упором 13 и тем самым ограничит его поворот. Это позволит еще больше повысить крутильную жесткость стержня 1 и снизить такие динамические нагрузки. После исчезновения динамических нагрузок вышеуказанные детали, за счет упругих свойств стержня 1, возвращаются в исходное положение, показанное на фиг.2. Далее процессы, описанные выше, могут неоднократно повторяться и создавать условия, позволяющие повысить плавность хода локомотива. Эффективность демпфирования колебаний, а следовательно, и восприятие динамических нагрузок такой рессорой происходит еще из-за того, что торцевые поверхности колец 10 в зоне контакта друг с другом покрыты фрикционным материалом, например нанесенной металлокерамикой, в результате энергия колебаний кузова будет рассеиваться за счет создания сил трения между сопрягаемыми их поверхностями.

Технико-экономическое преимущество предложенного технического решения в сравнении с известными очевидно, так как оно упрощает конструкцию рессорного подвешивания локомотивов и повышает плавность их хода за счет изменения крутильной жесткости стержня торсиона в автоматическом режиме в зависимости от величины действия на рессору динамической нагрузки.

Изобретение относится к области рельсовых транспортных средств, в частности к устройствам для демпфирования колебаний кузова локомотива относительно тележки. Торсионная рессора содержит стержень 1 с рычагом, шарнирно соединенным с кузовом, размещенный в опорах, жестко закрепленных на раме 4 тележки. На шлицах 2 стержня в пространстве между опорами размещены кольца, взаимодействующие своими лысками 11, 12 с упором 13, жестко закрепленном на раме тележки. Технический результат - повышение эффективности использования торсионной рессоры. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Торсионная рессора преимущественно локомотива, содержащая стержень с рычагом, шарнирно взаимосвязанным с кузовом локомотива, и две опоры, жестко закрепленные на раме тележки, одна из которых шлицевая, взаимодействующая своими шлицами с ответными, выполненными на стержне, а другая - подшипниковая, отличающаяся тем, что на шлицах стержня в пространстве между шлицевой и подшипниковой опорами размещен ряд разнотолщинных колец и последние на своих внешних круговых образующих поверхностях снабжены горизонтальными и вертикальными лысками с возможностью контактирования последними с упором, жестко закрепленным на раме тележки, причем зазоры, образованные упомянутыми вертикальными лысками и упором, имеют возрастающую величину по длине стержня в направлении от шлицевой опоры к подшипниковой.2. Торсионная рессора по п.1, отличающаяся тем, что торцевые поверхности колец в зонах контакта друг с другом покрыты фрикционным материалом.