Узел сочленения кузова грузового вагона с тележкой Российский патент 2024 года по МПК B61F5/18 

Предполагаемое изобретение относится к подвижному составу железнодорожного транспорта.

Из уровня техники известен шкворневой узел (ЕР 2631149 А1, опубл. 28.08.2013), выполненный в виде стержня с упорной головкой, который пропущен сквозь центральные отверстия надпятника кузова и пятника тележки, и оснащенный с другой стороны скобой, концы которой стянуты болтом, закрепленным шплинтом. Упорная головка и скоба позволяют зафиксировать соединения надпятника и пятника в вертикальном направлении.

Технической проблемой, присущей указанному техническому решению, является сложность фиксации шкворня при монтаже кузова на тележку, а также отсутствие решения задачи компенсации бокового воздействия от угловой топологии автосцепок в составе грузовых вагонов при движении в кривых, особенно малого радиуса.

Известен узел соединения кузова грузового вагона с тележкой (RU (11) 2 722 047(13) С1, опубл. 26.05.2020 Бюл. №15) Узел соединения включает шкворневую балку, надрессорную балку, пятник кузова, подпятник тележки и шкворень. Шкворень выполнен в виде стержня со сквозными отверстиями сверху и снизу. В отверстиях установлены верхний П-образный упор и нижний упор с фиксатором. Под верхним упором расположена регулировочная шайба. Конструкция шкворня предназначена для фиксации соединения кузова вагона с тележкой в вертикальной плоскости в условиях ограниченного пространства.

Технической проблемой, присущей указанному техническому решению, является отсутствие решения задачи компенсации бокового воздействия от угловой топологии автосцепок в составе грузовых вагонов при движении в кривых, особенно для длиннобазовых платформ в кривых малого радиуса.

Из уровня техники известен шкворневой узел полувагона (RU 181825 U1, опубл. 26.07.2018), состоящий из хребтовой и шкворневой балок рамы, надрессорной балки тележки, надпятника, пятника и шкворня, соединяющего раму полувагона и тележку. Шкворень выполнен в виде стержня и пропущен сквозь соосные отверстия хребтовой балки, надпятника, пятника и надрессорной балки, выполненной с подпятником - местом опоры пятника на надрессорной балки. В хребтовой балке установлен элемент, ограничивающий перемещение шкворня вдоль его вертикальной оси.

Технической проблемой, присущей указанному техническому решению, является отсутствие решения задачи компенсации бокового воздействия от угловой топологии автосцепок в составе грузовых вагонов при движении в кривых, особенно малого радиуса.

Известно устройство для соединения кузова вагона с тележкой моторного вагона (RU 2355594 С2, опубл. 20.05.2009), содержащее шкворень с пружиной, шкворневую балку рамы вагона, центральную балку тележки, ролик скользуна, верхний скользун, пятник, нижний пятник и амортизатор, и содержит технологический болт, устанавливаемый при замене колесной пары вместо шкворня с пружиной в гнездо, предназначенное для крепления тележки к кузову вагона, с установкой дополнительных опор на раме вагона и дополнительной технологической балки на раме тележки.

Технической проблемой, присущей указанному техническому решению, является усложнение конструкции наличием дополнительных технологических элементов и отсутствием решения задачи компенсации бокового воздействия от угловой топологии автосцепок в составе грузовых вагонов в кривых, особенно малого радиуса.

Применяемый в настоящее время узел сопряжения грузового вагона с тележкой состоит из хребтовой и шкворневой балок рамы, надрессорной балки тележки, надпятника, пятника и шкворня, сочленяющего раму грузового вагона и тележку. Шкворень выполнен в виде стержня и пропущен сквозь соосные отверстия хребтовой балки, надпятника, пятника и надрессорной балки, выполненной с пятником - местом опоры надпятника на надрессорной балке. Кузов опирается на пятник, включающий наружный и внутренний бурты и опорную поверхность между буртами для надпятника рамы вагона. В отверстие пятника устанавливают шкворень, который является осью вращения тележки относительно кузова при вписывании в кривые. Передача продольных усилий от тележки к раме вагона и обратно осуществляется буртами и шкворнем. Боковые перемещения надрессорной балки амортизируются поперечной упругостью пружин (Быков В.Б., Куликов В.Ф. Конструкция механической части вагонов.- М,: «ФГБОУ УМЦ по обр. на ж. д. тр.», 2016 г.. - 247 с. (стр. 72).

Одной из технических проблем, присущей указанному техническому решению, является постоянная передача бокового воздействия, формирующегося при проходе вагоном кривых по цепочке автосцепка - клин - поглощающий аппарат - хребтовая балка - надпятник - шкворень - пятник - надрессорная балка - пружинный комплект - боковая балка - буксовый узел - колесная пара - гребень колеса - головка рельса. Это воздействие частично компенсируется зазорами и развивающимся износом контактирующих поверхностей по ходу приведенной конструктивной цепочке деталей. Данное конструктивное решение принимается за прототип с последующей целью решения задачи компенсации возникающего, при проходе кривых, негативного бокового воздействия.

Таким образом, задачей предполагаемого изобретения является компенсация деформации в узлах и деталях силовой цепочки: «автосцепка - клин - поглощающий аппарат - хребтовая балка - надпятник - шкворень - пятник - надрессорная балка - пружинный комплект - боковая балка - буксовый узел - колесная пара - гребень колеса - головка рельса», от бокового воздействия, возникающего при проходе вагоном кривых.

Актуальность задачи в том, что «при проходе вагонов в кривых малого радиуса и особенно при сцеплении вагонов с разной длиной консольной части рамы оси автосцепок отклоняются и на первом этапе подвергаются износу вертикальной стенки хвостовика корпуса автосцепки».(Мотовилов К.В. Технология производства и ремонта вагонов/К.В. Мотовилов, В.С. Лукашук, В.Ф. Криворудченко, А.А. Петров; Под. ред. К.В. Мотовилова. - М: Маршрут, 2001.-382 с. (стр. 293). На последующих этапах узлы и детали по силовой цепочке подвергаются деформации, износу и способствуют сходу колесной пары вагона с рельса.

При проходе кривой полная величина смешения (выноса) габарита вагона, которая разводит продольные оси вагона и автосцепки, создавая боковое воздействие, зависит от радиуса кривой железнодорожного пути и базы вагона. Смещение средней части вагона геометрически рассчитывается по формуле:

где R - радиус,

а - угол сегмента,

h - высота (вынос центра вагона).

Справочные данные, рассчитанные по формуле приведены в виде таблицы:

Для компенсации части силового воздействия выноса консоли вагона (коррелирует с h, например, h|4) используем адаптивную форму шкворня, например, с функцией эксцентрика (фигура 1). Здесь функция адаптивности позволяет компенсировать величину деформации от бокового воздействия на величину «эксцентричности», например, (h|4), которая конструктивно устанавливается из условия не выхода вагона из нормативного габарита (Методические указания по применению статических и кинематических габаритов подвижного состава на железных дорогах-членах ОСЖД колеи 1435 и 1520 мм./ Р 500/4.- Утв. совещанием Комиссии ОСЖД по инфраструктуре и подвижному составу 18-21 октября 2016. - 86 с.) и в определенной корреляции с величиной выноса консольной части вагона при проходе кривой, особенно малого радиуса.

При появлении бокового воздействия от автосцепки соседнего вагона корпус автосцепки отклоняется и далее воздействует на хребтовую балку через посредство ударной розетки и поглощающий аппарат. Надпятник, крепящийся к хребтовой балке, передает вертикальные и горизонтальные нагрузки на пятник при взаимодействии со шкворнем и «предусмотренное конструкцией вертикальное отверстие в центральной части пятника или пятникового места, предназначенное для центрирования кузова вагона или соединительной балки на тележке с помощью шкворня и предусматривающее возможность поворота тележки относительно кузова в горизонтальной плоскости и вертикальное перемещение кузова относительно подпятника надрессорной балки тележки» (ГОСТ 34468-2018 Межгосударственный стандарт. Пятники грузовых вагонов железных дорог колеи 1520 мм/ пункт 3.6). Передача продольных усилий осуществляется шкворнем и буртами пятника. Боковые перемещения надрессорной балки амортизируются деформацией (поперечной упругостью пружин) и частично компенсируются засчет зазоров и износов. Процесс амортизации завершается жестким воздействием через буксовый узел на колесо, гребень которого, взаимодействуя с головкой рельса, участвует во взаимном износе, а при вероятном сочетании нескольких дополнительных факторов происходит сход колесной пары и тележки в целом.

Техническим результатом предполагаемого изобретения является решение задачи придания узлу сочленения кузова вагона с тележкой (шкворню) дополнительного свойства адаптивности к боковому силовому воздействию и его частичной или полной компенсации, при полном сохранении всех других положительных (нормируемых) свойств прототипа.

В связи с этим, предполагаемое изобретение отличается от ближайших аналогов тем, что шкворень для узла сочленения кузова вагона с тележкой, выполнен с эксцентричной средней частью в виде диска, имеющего верхнюю и нижнюю поверхности, повторяющие размеры и форму пятника и надпятника соответственно, и смещенные центры на величину, например, h|4, которая устанавливается (определяется) с учетом выноса консольной части вагона при проходе кривых железнодорожного пути.

Сущность предполагаемого изобретения поясняется фиг.1 - «Эскиз адаптивного (эксцентричного) шкворня грузового вагона», где показан эскиз формы предлагаемого шкворня грузового вагона, проявляющего свойство адаптивности засчет эксцентричного расположения вертикальных осей своих цилиндрических концов.

Шкворень геометрически формируется из следующих компонент: нижний цилиндрический стержень 1, который составляет единое целое с дисковой частью 2; дисковая часть шкворня 2, которая имеет форму надпятника своей нижней поверхности 4 и форму пятника верхней своей поверхности 5; цилиндрический стержень 3, который составляет единое целое с дисковой частью 2. Вертикальные оси нижней и верхней цилиндрических частей разнесены, например, на величину h|4, зафиксированную дисковой частью шкворня.

При установке на тележку шкворень своим нижним концом входит в отверстие пятника до совмещения опорной поверхности пятника с нижней поверхностью диска шкворня, которая (нижняя поверхность диска) имеет форму надпятника. Далее, при установке кузова грузового вагона, верхняя цилиндрическая часть шкворня входит в отверстие надпятника до контакта верхней поверхности дисковой части шкворня, имеющего форму пятника, с поверхностью надпятника шкворневой балки рамы вагона. Узел сочленения в данном случае, изначально имеет смещение относительно друг друга вертикальных осей пятника и надпятника (h|4), которое преимущественно не более величины смещения по горизонтали, возникающего при проходе кривой, которое в сумме включает имеющиеся зазоры, износ контактирующих поверхностей и боковую деформацию пружинного комплекта.

Заявляемая конструкция шкворня обеспечивает придание шкворневой части узла сочленений рамы кузова грузового вагона с надрессорной балкой тележки адаптивной функции, частично или полностью компенсирующей боковое воздействие, которое возникает при прохождении вагоном, в составе поезда, кривых железнодорожного пути. Таким образом, минимизируется силовое воздействие, приводящее к износу контактирующих поверхностей кинематической цепочки: «автосцепка - клин - поглощающий аппарат - хребтовая балка - надпятник - шкворень - пятник - надрессорная балка - пружинный комплект - боковая балка - буксовый узел - колесная пара - гребень колеса - головка рельса», вплоть до излома корпуса автосцепки и способствуя сходу колесной пары с рельса. Проведенное физическое моделирование приданной шкворню адаптивной функции подтвердило реальность положительного результата, в том числе того факта, что интегрированная вертикальная нагрузка грузового вагона не выходит за пределы смещения, возникающего при работе прототипа, но при этом без негативного износа контактирующих поверхностей и деформации рессорного комплекта.

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, в частности, к узлам сочленения кузова грузового вагона с тележкой. Узел содержит скользуны кузова, которые опираются на скользуны тележки на надрессорной балке. Надпятник шкворневой балки рамы кузова сочленен с пятником надрессорной балки тележки посредством шкворня. Верхняя и нижняя вертикальные оси концов цилиндрической части шкворня смещены относительно друг друга. Оси зафиксированы в одно целое с горизонтальным диском. Диск содержит верхнюю и нижнюю поверхности. Одна поверхность выполнена по форме надпятника, а другая – по форме пятника. Компенсируются деформации силовых узлов при прохождении кривых. 1 ил.

Узел сочленения кузова грузового вагона с тележкой, содержащий скользуны кузова вагона, опирающиеся на скользуны тележки, расположенные на надрессорной балке с центральным отверстием в пятнике, сочлененный с пятником тележки надпятник шкворневой балки рамы кузова вагона посредством шкворня, входящего одним цилиндрическим концом в центральное отверстие пятника надрессорной балки, и другим цилиндрическим концом в центральное отверстие надпятника шкворневой балки отличающийся тем, что у шкворня вертикальные оси верхнего и нижнего концов его цилиндрической части смещены относительно друг друга и зафиксированы в одно целое с горизонтальным диском, имеющим контактирующие соответственно с пятником и надпятником горизонтальные поверхности: одну по форме пятника надрессорной балки и другую по форме надпятника шкворневой балки рамы грузового вагона.