БУКСОВАЯ НАПРАВЛЯЮЩАЯ Российский патент 2012 года по МПК B61F5/32 

Предлагаемое изобретение относится к подвижному составу железнодорожного транспорта и предназначено для использования в буксовых направляющих локомотивов и вагонов, а также может быть применено в автомобилях, качающихся конвейерах и других машинах.

Известны различные конструкции буксовых направляющих: челюстные, цилиндрические, с резинометаллическими шарнирами и др. Каждая конструкция имеет положительные качества и недостатки.

К недостаткам челюстных и цилиндрических направляющих относятся абразивный износ резинометаллических шарниров, существенное увеличение жесткости рессорного подвешивания.

Наиболее близкой к заявляемому предлагаемому изобретению является конструкция реактивной тяги по [1].

В конструкции такой реактивной тяги использованы перемычки и сухари с вогнутыми поверхностями, перекатывающимися по выпуклым поверхностям опор и замыкателя, так как радиусы вогнутых поверхностей в полтора-три раза больше радиусов выпуклых, благодаря чему вместо скольжения происходит перекатывание, что существенно уменьшает износ поверхностей по сравнению с шарнирами скольжения. Тяга работает на растяжение и на сжатие.

Существенным недостатком такой конструкции при использовании в буксовом узле является ее сложность, так как в ней применено семнадцать деталей и шесть высших кинематических пар качения.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является упрощение конструкции буксового узла.

Технический результат достигается тем, что вместо сложных конструкций в горизонтальной плоскости буксу и кронштейны боковины связывают упрощенные несущие устройства, каждое из которых состоит из двух упоров с вогнутыми поверхностями, жестко связанных с буксой и рамой тележки, и установленного между ними стержня с выпуклыми поверхностями на торцах, при этом радиус вогнутых поверхностей в полтора-три раза больше радиуса выпуклых поверхностей. Количество деталей сократилось до трех, а высших кинематических пар качения - до двух. Для обеспечения прямолинейного движения буксы длина штанги по оси симметрии должна иметь зависимость от радиусов поверхностей и находиться в пределах, определяемых формулой

где L - длина стержня;

R - радиус вогнутых поверхностей;

r - радиус выпуклых поверхностей.

На фигуре 1 изображен буксовый узел с двумя несущими устройствами 1, расположенными по обе стороны буксы, а на фигуре 2 и 3 конструкция устройства в увеличенном масштабе в двух проекциях.

Каждое устройство состоит из стержня 2 с выпуклыми поверхностями радиуса r на торцах и двух упоров с вогнутыми цилиндрическими поверхностями радиуса R: упора 3, установленного на буксе, и упора 4, жестко укрепленного на кронштейне рамы тележки. Длина стержня по точкам, лежащим на пересечении выпуклых поверхностей с осью симметрии, обозначена буквой L.

Кроме общего вида изображены детальные чертежи в двух проекциях: на фигурах 4 и 5 чертеж стержня, на фигурах 6 и 7 чертеж упора, установленного на буксе, а на фигурах 8 и 9 чертеж упора на раме тележки.

Для передачи силы тяжести штанги и касательных сил предусмотрены цилиндрические поверхности 5 радиуса ρ с центрами в точках 6 и 7 на стержне. Эти поверхности контактируют с поверхностями пазов 8 и 9 на упорах 3 и 4.

Рамные силы от рамы тележки к стержням и от стержней к буксе передаются через поверхности 10 на стержнях и поверхности 11 и 12 на упорах.

Буксовая направляющая работает следующим образом.

При вертикальных колебаниях рамы тележки выпуклые поверхности стержня 2 перекатываются по вогнутым поверхностям упоров 3 и 4. Боковые колебания рамы тележки относительно продольной горизонтальной оси обеспечиваются возможностью поворота упоров 3 относительно буксы за счет шипа 13 на упоре и гнезда в буксе.

Раскрытие изобретения

На подвижном составе железных дорог букса совершает колебания вместе с верхним строением пути, а рама тележки относительно буксы. На фигуре 10 приведена расчетная схема, в которой рама тележки неподвижна, а букса совершает колебания относительно рамы тележки. Связь в горизонтальном направлении между буксой и буксовым проемом рамы тележки осуществляется двумя стержнями 1, на торцах каждого из которых выполнены выпуклые поверхности радиуса r. Каждый стержень опирается на вогнутые поверхности радиуса R упора 2, установленного на буксе, и упора 3 - на раме тележки. Длина штанги равна L.

Предполагаем, что букса не поворачивается относительно своей оси. Это можно обеспечить установкой пружин одинаковой жесткости, а также установкой трех или четырех несущих устройств.

Рассмотрим только левый поводок. Введем неподвижную систему координат zox: ось х направлена горизонтально, z - вертикально. За независимую переменную принимаем угол φ. Выделим на оси симметрии поверхности R на буксе точку S и две точки контакта: К с упором 3 и K' с упором 2.

При перемещении буксы (точки S) вверх на величину Z штанга повернется на угол φ. Длина дуги, проходимой точкой контакта по выпуклой поверхности от среднего положения, равна rα, а по вогнутой R(α-φ). Если перекатывание происходит без скольжения, то эти дуги равны, т.е.

Из этого равенства выразим кинематическую связь между углами

Запишем параметрические уравнения движения точек S и K в зависимости от углов φ и α, при этом координаты точки S записываем без индексов, а точки K с индексом k.

После подстановки вместо α-φ из (3) получим:

Горизонтальные силы от буксы на раму тележки и наоборот передаются по линии K'K, соединяющей точки контакта K' на буксе и K на раме тележки. Тангенс угла Θ наклона линии K'K к горизонтальной оси определяется отношением разности вертикальных координат этих точек к разности горизонтальных.

После подставки (8)…(11) и преобразований

Анализ, проведенный нами показал, что допускаемая угловая амплитуда колебаний стержня должна быть ограничена 30°. Чтобы горизонтальные силы стержней не оказывали влияния на вертикальные колебания tgΘ должен стремиться к нулю. Знаменатель в формуле (13) всегда положителен, так как косинус угла при положительном и отрицательном φ положителен, следовательно, чтобы tgΘ был равен нулю, числитель должен быть равен нулю.

Из выражения числителя, приравненного к нулю, выразим длину стержня L

В среднем положении (φ=0) имеет место неопределенности %. После раскрытия ее по правилу Лопиталя получено

Если φ≠0, но R=2r, то длина стержня L не зависит от угла φ и равна

Если же φ≠0 и R≠2r, то, чтобы траектория точки K' представляла прямую линию, длина стержня L должна быть переменной и зависимой от изменения угла φ. Конструктивно это выполнить невозможно.

Поэтому принимаем величину L постоянной, определяемой по формуле (15). В частных случаях: при R=1,5r, L=6r, при R=3r, L=3r.

По формулам (15), (8) и (9), подставляя значения L, и φ, проведены расчеты кинематических характеристик буксового узла.

Результаты приведены в таблице, где Δx=f(0)-f(φ).

Для определения характеристик z_S, x_S и Δx данные из таблицы необходимо умножить на радиус r.

Выводы из анализа таблицы.

1. Оптимальным является первый вариант .

2. Во втором варианте максимальную угловую амплитуду стержня следует ограничить 20°.

3. В третьем варианте с увеличением угла φ параметр x_S(φ), хотя и незначительно, возрастает. Поэтому, чтобы избежать заклинивания буксы, необходимо обеспечить начальный зазор при установке буксы.

4. Допускается примерять любые значения отношения радиусов в диапазоне от 1,5 до 3. По мере приближения отношения к двум как с одной, так и с другой стороны, все характеристики будут приближаться к варианту 1.

Источник информации

1. А.С. СССР №1687486, МКИ В61F 5/00, заявлено 25.01.89, №4641385/11 и опубликовано 30.10.91 в бюл. №40.

Изобретение относится к подвижному составу железнодорожного транспорта. Буксовая направляющая включает несущие устройства. Несущее устройство состоит из укрепленных на раме тележки и буксе упоров с вогнутыми поверхностями и установленного между ними стержня с выпуклыми поверхностями на торцах, радиус которых в полтора-три раза меньше радиуса вогнутых поверхностей. Номинальная длина стержня по оси симметрии должна быть равна частному от деления удвоенного произведения радиусов вогнутых и выпуклых поверхностей на их разность. Достигается упрощение конструкции буксового узла. 10 ил., 1 табл.

Буксовая направляющая, включающая несущие устройства, каждое из которых состоит из укрепленных на раме тележки и буксе упоров с вогнутыми поверхностями и установленного между ними стержня с выпуклыми поверхностями на торцах, радиус которых в полтора-три раза меньше радиуса вогнутых поверхностей, отличающаяся тем, что номинальная длина стержня по оси симметрии должна быть равна частному от деления удвоенного произведения радиусов вогнутых и выпуклых поверхностей на их разность.