Клин фрикционный Российский патент 2023 года по МПК B61F5/12 

Изобретение относится к области железнодорожного машиностроения, в частности к фрикционным гасителям колебаний ходовых тележек грузовых вагонов, одним из конструктивных элементов которых являются фрикционные клинья, устанавливаемые между надрессорной балкой ходовой тележки, пружинами рессорного подвешивания и фрикционной планкой боковой балки ходовой тележки.

Основные требования, предъявляемые к фрикционным клиньям, это высокая прочность, износостойкость, долговечность, необходимые для обеспечения надежной работы фрикционных гасителей колебаний ходовых тележек грузовых вагонов в сложных условиях эксплуатации во время движения по железнодорожному пути, от качества их работы зависят длительность безремонтного пробега подвижного состава, отсутствие простоя и количество отцепов. В современных отраслевой и экономической ситуациях все большее значение придается и минимизации материалоемкости фрикционных клиньев, которая должна быть оправдана обеспечением требуемых регламентированных прочностных характеристик.

Известны клинья фрикционные, описанные в патентах RU 194823 U1, RU 209429 U1, RU 162355 U1, создание которых, как отмечено в описаниях этих патентов, направлено на снижение их материалоемкости, но особенности конструктивного исполнения таких клиньев фрикционных, не позволяют обеспечить обоснованное сочетание минимизации их массы и прочностных характеристик, необходимых для надежной и долговечной эксплуатации, кроме того, усложнена и трудоемка технология их изготовления, требующая применения специального оборудования, дополнительных материальных затрат, а иногда и дорогостоящих компонентов для материала их изготовления. Не исключена также возможность перекоса, заваливания таких клиньев при вибрации, которая возникает при движении грузовой тележки по железнодорожному пути, что приводит к неравномерному распределению сил, действующих на клин и от клина и, соответственно, к повышенному износу рабочих и контактных поверхностей стенок клина, а также взаимодействующих с ними поверхностей кармана надрессорной балки.

В патенте RU 198381 U1 описан фрикционный клин, состоящий из двух отдельных полукорпусов, каждый из которых включает переднюю наклонную стенку с рабочей поверхностью для взаимодействия с надрессорной балкой, верхнюю стенку, нижнюю опорную площадку для взаимодействия с пружинами, боковые стенки и заднюю вертикальную стенку. На боковых стенках в верхней части каждого полукорпуса выполнены продольные упоры для ограничения продольного перемещения относительно надрессорной балки, что, как отмечено в описании этого патента, направлено на предотвращение перекоса полуклина в процессе эксплуатации. Основной недостаток при использовании такого фрикционного клина, выполненного из двух частей, связан с его повышенной материалоемкостью, кроме того, возможен поворот наклонной поверхности каждого полукорпуса зеркально друг к другу, так как при работе фрикционного гасителя колебаний износостойкая вставка, расположенная в кармане надрессорной балки, своими гранями будет стремиться сдвинуть каждый полукорпус в направлении друг от друга в сторону боковых поверхностей кармана, что приведет к увеличению износа боковых частей кармана надрессорной балки, раннему выходу из строя износостойких пластин боковых поверхностей кармана и неравномерной работе фрикционного гасителя колебаний в целом.

В патенте RU 2711017 C1 описан клин фрикционный, выполненный в виде полого корпуса, характеризующегося наличием верхней горизонтальной стенки, опорной площадки с кольцевым буртиком, сквозным отверстием и передним горизонтальным ребром, внутреннего ребра, передней вертикальной стенки, наклонной стенки с опорной рабочей поверхностью, сопряженной с верхней горизонтальной и с передней вертикальной стенками, двух противоположных боковых стенок, выполненных с одинаковыми, расположенными друг напротив друга сквозными отверстиями, задней вертикальной стенки, имеющей с внешней стороны опорную рабочую поверхность, при этом верхняя горизонтальная стенка выполнена со сквозным отверстием, один край которого расположен в плоскости внутренней поверхности задней вертикальной стенки, внутренней ребро выполнено изогнутым, состоящим из двух частей, каждая из которых выступает внутрь полости корпуса, причем торцевая поверхность одной части внутреннего ребра параллельна внутренней поверхности наклонной стенки, а торцевая поверхность другой его части параллельна внутренней поверхности переднего вертикального ребра и имеет радиусное сопряжение с внутренней поверхностью опорной площадки вблизи края сплошного сквозного отверстия, проходящего через кольцевой буртик и опорную площадку, каждое из сквозных отверстий в боковых стенках образовано сочлененными между собой тремя криволинейными поверхностями и одной плоской поверхностью, параллельной торцевой поверхности внутреннего ребра и внутренней поверхности наклонной стенки, при этом две криволинейные поверхности сквозного отверстия, прилегающие к его плоской поверхности, представляют собой дуги четверти окружности одинакового радиуса, а расположенная между ними криволинейная поверхность представляет собой дугу четверти окружности большего радиуса, центр которой не совпадает с центром окружности двух прилегающих криволинейных поверхностей с меньшим радиусом, кроме того, сквозное отверстие, проходящее через кольцевой буртик и опорную площадку, выполнено с постоянным диаметром. Длительная эксплуатация этого известного клина подтвердила, что высокая степень минимизации его материалоемкости надежно сочетается с регламентированными высокими прочностными характеристиками, однако были выявлены и недостатки, которые связаны со снижением стабильности его работы из-за возможности перекоса, заваливания клина в поперечном направлении при вибрации, которая возникает при движении грузовой тележки по железнодорожному пути, что приводит к неравномерному распределению действующих на клин сил и, соответственно, к образованию зон концентрации напряжений и повышенному износу рабочих и контактных поверхностей стенок клина.

Изобретение направлено на создание усовершенствованного клина фрикционного со сниженной материалоемкостью, которая сочетается с регламентированными высокими прочностными характеристиками и с обеспечением стабильной работы фрикционного гасителя колебаний за счет предотвращения возможных поперечных перекосов клина при движении грузовой тележки по железнодорожному пути.

Этот технический результат обеспечивается за счет того, что клин фрикционный выполнен в виде полого корпуса, характеризующегося наличием верхней горизонтальной стенки, опорной площадки с кольцевым буртиком, сквозным отверстием и передним горизонтальным ребром, внутреннего ребра, передней вертикальной стенки, наклонной стенки с опорной рабочей поверхностью, сопряженной с верхней горизонтальной и с передней вертикальной стенками, двух противоположных боковых стенок, выполненных с одинаковыми, расположенными друг напротив друга сквозными отверстиями, задней вертикальной стенки, имеющей с внешней стороны опорную рабочую поверхность, причем верхняя горизонтальная стенка выполнена со сквозным отверстием, один край которого расположен в плоскости внутренней поверхности задней вертикальной стенки, внутреннее ребро выполнено изогнутым, состоящим из двух частей, каждая из которых выступает внутрь полости корпуса, причем торцевая поверхность одной части внутреннего ребра параллельна внутренней поверхности наклонной стенки, а торцевая поверхность другой его части параллельна внутренней поверхности переднего вертикального ребра и имеет радиусное сопряжение с внутренней поверхностью опорной площадки вблизи края сквозного отверстия, проходящего через кольцевой буртик и опорную площадку, каждое из сквозных отверстий в боковых стенках образовано тремя криволинейными поверхностями и двумя плоскими поверхностями, одна из которых параллельна торцевой поверхности внутреннего ребра и внутренней поверхности наклонной стенки, при этом две криволинейные поверхности сквозного отверстия, одна из которых прилегает к плоской поверхности, параллельной торцевой поверхности внутреннего ребра и внутренней поверхности наклонной стенки, представляют собой дуги четверти окружности одинакового радиуса, а расположенная между ними криволинейная поверхность представляет собой дугу четверти окружности большего радиуса, центр которой не совпадает с центром окружности двух прилегающих криволинейных поверхностей с меньшим радиусом, сквозное отверстие, проходящее через кольцевой буртик и опорную площадку, выполнено с постоянным диаметром, при этом каждая из противоположных боковых стенок выполнена с выступом, размещенным на расстоянии L=69±1мм от задней вертикальной стенки, который имеет на конце плоскую торцевую поверхность, перпендикулярную задней вертикальной поверхности, причем ширина выступа равна 15±2мм, высота выступа равна 42±2мм, а длина выступа от боковой стенки равна 21±2 мм, кроме того каждая их противоположных боковых стенок выполнена с ребром жесткости, которое примыкает к задней вертикальной стенке таким образом, что его внешняя плоская поверхность совпадает с плоской поверхностью задней вертикальной стенки, причем ширина ребра жесткости равна 20±2мм, а высота соответствует высоте боковой стенки до опорной площадки, между выступом и ребром жесткости выполнен паз глубиной 21±2мм от плоской поверхности конца выступа, при этом часть поверхности паза наклонена под углом 48°±2° к плоской поверхности конца выступа и далее образует радиусную поверхность радиусом R8 с поверхностью, смежной с внутренней торцевой поверхностью ребра жесткости, причем выступы, ребра жесткости и пазы размещены на противоположных боковых стенках симметрично напротив друг друга, дополнительно часть боковой поверхности каждого из сквозных отверстий в боковых стенках выполнена плоской, параллельной плоской поверхности верхней горизонтальной стенки, и расположена между первой плоской поверхностью и второй криволинейной поверхностью меньшего диаметра. центр радиусной поверхности большего диаметра каждого из сквозных отверстий в боковых стенках расположен на расстоянии 52±2мм от внутренней поверхности опорной площадки и на расстоянии 48±2мм от внутренней поверхности вертикальной стенки, центр одной радиусной поверхности меньшего диаметра каждого из сквозных отверстий в боковых стенках расположен на расстоянии 58±2мм от внутренней поверхности опорной площадки и на расстоянии 41±2мм от внутренней поверхности вертикальной стенки, центр второй радиусной поверхности меньшего диаметра каждого из сквозных отверстий в боковых стенках расположен на расстоянии 46±2мм от внутренней поверхности опорной площадки и на расстоянии 54±2мм от внутренней поверхности вертикальной стенки, радиус радиусной поверхности большего диаметра равен 35±2мм, радиус радиусных поверхности меньшего диаметра равен 26±2мм, длина плоской поверхности каждого из сквозных отверстий в боковых стенках, параллельной торцевой поверхности внутреннего ребра и внутренней поверхности наклонной стенки, равна 18±2мм, расстояние от центра криволинейной поверхности большего диаметра до дополнительной плоской поверхности равно 27±2мм, верхние торцевые поверхности выступов и ребер жесткости расположены в одной плоскости, совпадающей с плоскостью верхней горизонтальной стенки, перпендикулярной плоскости задней вертикальной стенки, вертикальная торцевая поверхность ребра жесткости выполнена в виде части цилиндрической поверхности с радиусом R15, предпочтительно изготавливать клин фрикционный из чугуна СЧ 35 методом литья.

Изобретение поясняется с помощью графических материалов, где на фиг.1–фиг.3 фрикционный клин показан схематически; на фиг. 4 показано сечение А-А фиг.1; на фиг.5 показана выноска Б фиг.3 в увеличенном масштабе.

На фигурах графических материалов показан клин фрикционный, выполненный в виде полого корпуса, который включает верхнюю горизонтальную стенку 1, опорную площадку 2 с кольцевым буртиком 3, сквозным отверстием 4 и передним горизонтальным ребром 5, внутреннее ребро 6, переднюю вертикальную стенку 7, наклонную стенку 8 с опорной рабочей поверхностью, сопряженную с верхней горизонтальной 1 и с передней вертикальной 7 стенками, две противоположные боковые стенки 9, выполненные с одинаковыми, расположенными друг напротив друга сквозными отверстиями 10, заднюю вертикальную стенку 11, имеющей с внешней стороны опорную рабочую поверхность. Верхняя горизонтальная стенка 1 выполнена со сквозным отверстием 12, один край которого расположен в плоскости внутренней поверхности задней вертикальной стенки 11. Как и в известных клиньях фрикционных задняя вертикальная стенка 11 полого корпуса выполнена с возможностью взаимодействия с вертикальной опорной поверхностью боковой рамы тележки железнодорожного вагона через опорную поверхность (на фиг. не показано). Внутреннее ребро 6 выполнено частично выступающим внутрь корпуса от внутренней поверхности наклонной стенки 8 и внутренней поверхности передней вертикальной стенки 7, при этом оно имеет изогнутую форму и состоит из двух частей 13 и 14, каждая из которых имеет толщину, предпочтительно 15 мм, и предпочтительно выступает внутрь полости корпуса на 12 мм, причем торцевая поверхность одной части 13 внутреннего ребра 6 параллельна внутренней поверхности наклонной стенки 8, а торцевая поверхность другой его части 14 параллельна внутренней поверхности передней вертикальной стенки 7 и имеет радиусное сопряжение 15 с внутренней поверхностью опорной площадки 2 вблизи края сплошного сквозного отверстия 4, проходящего через кольцевой буртик 3 и опорную площадку 2. Предпочтительно, чтобы сплошное сквозное отверстие 4, проходящее через кольцевой буртик 3 и опорную площадку 2 было выполнено диаметром 60 мм при диаметре кольцевого буртика 80 мм. Каждое из сквозных отверстий 10 в боковых стенках 9 образовано сочлененными между собой тремя криволинейными поверхностями и двумя плоскими поверхностями. Одна плоская поверхность 16 параллельна торцевой поверхности внутреннего ребра 6 и внутренней поверхности наклонной стенки 8, при этом криволинейные поверхности 17, одна из которых прилегает к плоской поверхности 16, представляют собой дуги четверти окружности одинакового радиуса, предпочтительно 26 мм, расположенная между ними криволинейная поверхность 18 представляет собой дугу четверти окружности радиусом предпочтительно 35 мм, а ее центр расположен от внутренней поверхности опорной площадки 2 на расстоянии предпочтительно 52 мм, и от внутренней поверхности задней вертикальной стенки 11 на расстоянии предпочтительно 48 мм. На фигуре 1 видно, что дуги четвертей окружностей 17 и 18 имеют плавное сопряжение. Предпочтительно толщина опорной площадки 2 может быть выбрана из диапазона 10-13 мм. Часть боковой поверхности 19 каждого из сквозных отверстий 10 в боковых стенках 9 выполнена плоской, параллельной плоской поверхности верхней горизонтальной стенки 1, и расположена между первой плоской поверхностью 16 и второй криволинейной поверхностью 26 меньшего радиуса.

На фигурах графических материалов показано, что каждая из противоположных боковых стенок 9 выполнена с выступом 20, размещенным на расстоянии L=69±1мм от задней вертикальной стенки 11 и имеющем на конце плоскую торцевую поверхность 21, перпендикулярную задней вертикальной поверхности 11, причем ширина выступа 20 равна 15±2мм, высота выступа 20 равна 42±2мм, а длина выступа 20 от боковой стенки 9 равна 21±2 мм.

Каждая их противоположных боковых стенок 9 выполнена с ребром жесткости 22, которое примыкает к задней вертикальной стенке 11 таким образом, что его внешняя плоская поверхность совпадает с плоской поверхностью задней вертикальной стенки, образуя общую поверхность, причем ширина ребра жесткости 22 равна 20±2мм, а высота ребра жесткости 22 соответствует высоте Н боковой стенки 9 до опорной площадки 2.

Между выступом 20 и ребром жесткости 22 выполнен паз 23, глубина которого от плоской торцевой поверхности 21 конца выступа 20 составляет 21±2мм, при этом часть 24 поверхности паза 23 наклонена под углом 48°±2° к плоской торцевой поверхности 21 конца выступа 20 и далее образует радиусную поверхность 25 радиусом R8 с поверхностью 26, смежной с внутренней торцевой поверхностью 27 (предпочтительно вертикальной) ребра жесткости 22.

На фигурах чертежей видно, что выступы 20, ребра жесткости 22 и пазы 23, размещены на боковых стенках 9 симметрично напротив друг друга, верхние торцевые поверхности выступов 20 и ребер жесткости 22 расположены в одной плоскости, совпадающей с плоскостью верхней горизонтальной стенки 1, перпендикулярной задней вертикальной стенки 11, вертикальная торцевая поверхность ребра жесткости 22 выполнена в виде части цилиндрической поверхности с радиусом R15. Предпочтительно изготавливать клин фрикционный из чугуна СЧ 35 методом литья в электропечах, что доступно технологически и определяет его пониженную стоимость.

Предлагаемое выполнение выступов 20 и ребер жесткости 22 на боковых стенках 9 позволяет ограничить поперечное перемещение клина фрикционного при вибрации, которая возникает во время движения тележки по железнодорожному пути, т.к. плоские торцевые поверхности 21 его выступов 20 будут упираться в поверхности кармана надрессорной балки, предотвращая перекос клина и обеспечивая тем самым равномерное распределение действующих сил по его рабочим поверхностям, т.е. по задней вертикальной 11 и наклонной 8 стенкам, и, соответственно, их равномерный износ, что в свою очередь ограничит излишний износ и других стенок фрикционного клина из-за его стабильного расположения в кармане надрессорной балки.

Выполнение описанных пазов 23 между выступами 20 и ребрами жесткости 22, приводя к дополнительному снижению материалоемкости клина фрикционного, также позволяет увеличить его жесткость между сквозными отверстиями 10 в боковых стенках 9 и сквозным отверстием 12 в верхней горизонтальной стенке 1, что способствует повышению прочностных характеристик.

Описанные конструктивные особенности клина фрикционного - признаки, которыми он охарактеризован в формуле в виде геометрических параметров, рассчитаны и определены для регламентированных габаритных размеров стандартного клина фрикционного, изготовленного по ТУ 3183-234-01124323-2007, с учетом их влияния друг на друга, являются в своей совокупности оптимальными для достижения указанного технического результата, а именно для усовершенствованного клина фрикционного с минимальной материалоемкостью, которая сочетается с его высокими прочностными характеристиками, способного сохранять стабильное устойчивое положение в кармане надрессорной балки.

Изобретение относится к области железнодорожного подвижного состава, в частности к фрикционным клиньям фрикционных гасителей колебаний тележки. Клин выполнен полым с верхней горизонтальной стенкой, опорной площадкой, внутренним ребром, передней вертикальной стенкой, наклонной стенкой и двумя боковыми стенками. В боковых стенках выполнены одинаковые отверстия. В верхней стенке выполнено отверстие, один край которого расположен в плоскости внутренней задней вертикальной стенки. Ребро выполнено изогнутым. Торцевая поверхность одной части внутреннего ребра параллельна внутренней поверхности наклонной стенки. Торцевая поверхность другой его части параллельна внутренней поверхности переднего вертикального ребра и имеет радиусное сопряжение с внутренней поверхностью опорной площадки вблизи края сквозного отверстия. Каждое из сквозных отверстий в боковых стенках образовано сочлененными между собой тремя криволинейными поверхностями и одной плоской поверхностью, параллельной торцевой поверхности внутреннего ребра. Каждая из противоположных боковых стенок выполнена с выступом, имеющим на конце плоскую торцевую поверхность. Каждая из противоположных боковых стенок выполнена с ребром жесткости, примыкающим к задней вертикальной стенке. Между выступом и ребром жесткости выполнен паз. Выступы, ребра жесткости и пазы размещены на боковых стенках симметрично напротив друг друга. Часть боковой поверхности каждого из сквозных отверстий в боковых стенках выполнена плоской, параллельной плоской поверхности верхней горизонтальной стенки, и расположена между первой плоской поверхностью и второй криволинейной поверхностью меньшего диаметра. Предотвращаются перекосы клина при движении тележки. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Клин фрикционный, выполненный в виде полого корпуса, характеризующегося наличием верхней горизонтальной стенки, опорной площадки с кольцевым буртиком, сквозным отверстием и передним горизонтальным ребром, внутреннего ребра, передней вертикальной стенки, наклонной стенки с опорной рабочей поверхностью, сопряженной с верхней горизонтальной и с передней вертикальной стенками, двух противоположных боковых стенок, выполненных с одинаковыми, расположенными друг напротив друга сквозными отверстиями, задней вертикальной стенки, имеющей с внешней стороны опорную рабочую поверхность, причем верхняя горизонтальная стенка выполнена со сквозным отверстием, один край которого расположен в плоскости внутренней поверхности задней вертикальной стенки, внутреннее ребро выполнено изогнутым, состоящим из двух частей, каждая из которых выступает внутрь полости корпуса, причем торцевая поверхность одной части внутреннего ребра параллельна внутренней поверхности наклонной стенки, а торцевая поверхность другой его части параллельна внутренней поверхности переднего вертикального ребра и имеет радиусное сопряжение с внутренней поверхностью опорной площадки вблизи края сквозного отверстия, проходящего через кольцевой буртик и опорную площадку, каждое из сквозных отверстий в боковых стенках образовано тремя криволинейными поверхностями и первой плоской поверхностью, параллельной торцевой поверхности внутреннего ребра и внутренней поверхности наклонной стенки, при этом две криволинейные поверхности сквозного отверстия, одна из которых прилегает к плоской поверхности, параллельной торцевой поверхности внутреннего ребра и внутренней поверхности наклонной стенки, представляют собой дуги четверти окружности одинакового радиуса, а расположенная между ними криволинейная поверхность представляет собой дугу четверти окружности большего радиуса, центр которой не совпадает с центром окружности двух прилегающих криволинейных поверхностей с меньшим радиусом, сквозное отверстие, проходящее через кольцевой буртик и опорную площадку, выполнено с постоянным диаметром, отличающийся тем, что, каждая из противоположных боковых стенок выполнена с выступом, размещенным на расстоянии L=69±1мм от задней вертикальной стенки, который имеет на конце плоскую торцевую поверхность, перпендикулярную задней вертикальной поверхности, причем ширина выступа равна 15±2 мм, высота выступа равна 42±2 мм, а длина выступа от боковой стенки равна 21±2 мм, кроме того, каждая из противоположных боковых стенок выполнена с ребром жесткости, которое примыкает к задней вертикальной стенке таким образом, что его внешняя плоская поверхность совпадает с плоской поверхностью задней вертикальной стенки, причем ширина ребра жесткости равна 20±2 мм, а высота соответствует высоте боковой стенки до опорной площадки, между выступом и ребром жесткости выполнен паз глубиной 21±2 мм от плоской поверхности конца выступа, при этом часть поверхности паза наклонена под углом 48±2° к плоской поверхности конца выступа и далее образует радиусную поверхность радиусом R8 с поверхностью, смежной с внутренней торцевой поверхностью ребра жесткости, причем выступы, ребра жесткости и пазы размещены на противоположных боковых стенках симметрично напротив друг друга, дополнительно часть боковой поверхности каждого из сквозных отверстий в боковых стенках выполнена плоской, параллельной плоской поверхности верхней горизонтальной стенки, и расположена между первой плоской поверхностью и второй криволинейной поверхностью меньшего диаметра.

2. Клин фрикционный по п. 1, отличающийся тем, что центр радиусной поверхности большего диаметра каждого из сквозных отверстий в боковых стенках расположен на расстоянии 52±2 мм от внутренней поверхности опорной площадки и на расстоянии 48±2 мм от внутренней поверхности вертикальной стенки, центр одной радиусной поверхности меньшего диаметра каждого из сквозных отверстий в боковых стенках расположен на расстоянии 58±2 мм от внутренней поверхности опорной площадки и на расстоянии 41±2 мм от внутренней поверхности вертикальной стенки, центр второй радиусной поверхности меньшего диаметра каждого из сквозных отверстий в боковых стенках расположен на расстоянии 46±2 мм от внутренней поверхности опорной площадки и на расстоянии 54±2 мм от внутренней поверхности вертикальной стенки, радиус радиусной поверхности большего диаметра равен 35±2 мм, радиус радиусной поверхности меньшего диаметра равен 26±2 мм, длина плоской поверхности каждого из сквозных отверстий в боковых стенках, параллельной торцевой поверхности внутреннего ребра и внутренней поверхности наклонной стенки, равна 18±2 мм, расстояние от центра криволинейной поверхности большего диаметра до дополнительной плоской поверхности равно 27±2 мм.

3. Клин фрикционный по п. 1, отличающийся тем, что верхние торцевые поверхности выступов и ребер жесткости расположены в одной плоскости, совпадающей с плоскостью верхней горизонтальной стенки, перпендикулярной плоскости задней вертикальной стенки.

4. Клин фрикционный по п. 1, отличающийся тем, что вертикальная торцевая поверхность ребра жесткости выполнена в виде части цилиндрической поверхности с радиусом R15.

5. Клин фрикционный по п. 1, отличающийся тем, что выполнен методом литья из чугуна СЧ 35.