КОЛЕСНАЯ ПАРА ТЕЛЕЖКИ ГРУЗОВОГО ВАГОНА Российский патент 2025 года по МПК B61F5/26 B61F15/20 B60B37/04 

Заявляемое изобретение относится к железнодорожному транспорту и касается конструкции колесной пары тележки грузового вагона, в частности корпуса буксы.

Из уровня техники известна конструкция буксы для колесных пар тележек грузовых вагонов [ГОСТ 34385-2018 Буксы и адаптеры для колесных пар тележек грузовых вагонов. Общие технические условия, Москва, ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ», рисунок 3, 4 стр. 9-10], представляющая собой опорный переходник замкнутой формы, устанавливаемый на наружное кольцо роликовых подшипников колесной пары, и предназначенный для передачи на подшипник нагрузок от боковой рамы, имеет опорную поверхность под подшипник, опорную поверхность под боковую раму, упорные ограничители продольных и поперечных перемещений.

Известна конструкция корпуса буксы для колесных пар грузового вагона [Патент Украины № 109714, опубликован в бюл. №16 от 25.08.2016], выполненного в виде стальной отливки цилиндрической формы с центральным отверстием для установки подшипников и лабиринтного кольца, горизонтальной опорной площадкой, расположенной в верхней части корпуса, и вертикальными ограничителями перемещения с контактными площадками в виде двух параллельных выступов, размещенных на противоположных боковых частях корпуса, при этом высота упомянутых выступов меньше высоты вертикальных ограничителей перемещения, а контактные площадки образованы горизонтально ориентированными выступами с контактными поверхностями радиусной формы.

Также известна конструкция корпуса буксы [Патент Казахстана 26373, опубликован в бюл. №11 от 15.11.2012], имеющего ступенчатое цилиндрическое отверстие в центре, опорные выступы на периферии верхней наружной поверхности, бандажи на нижней наружной поверхности, направляющие челюсти и наклонные ребра с боковыми выступами, резьбовые отверстия в проушинах передней торцевой поверхности, при этом боковые выступы соединены между собой ребрами, а в поперечном сечении снабжены сопряжениями на периферии с опорными выступами и бандажами.

Известна конструкция грузовой тележки модели 18-100, содержащая колесные пары включающие ось, напресованные на ось колеса и подшипниковые узлы расположенные на концах оси внутри корпусов букс, выполненных в виде стальной отливки, со ступенчатым цилиндрическим отверстием в центре для размещения подшипникового узла колесной пары, приливами с опорными поверхностями под установку боковой рамы, объединенными между собой продольными ребрами жесткости, проушинами с резьбовыми отверстиями, расположенными на передней торцевой поверхности, предназначенные для крепления крепительной и смотровой крышек, а также упорными ограничители продольных и поперечных перемещений буксового проема боковой рамы, в виде вертикальных параллельных выступов, размещенных на противоположных боковых частях корпуса симметрично относительно центрального отверстия.

Данная конструкция выбрана в качестве прототипа для заявляемого изобретения.

Недостатком указанных конструкций является повышенная металлоемкость корпусов буксовых узлов колесных пар, влияющая на образование тепловых узлов в отливке корпуса буксы за счет скопления металла, что может способствовать появлению литейных усадочных раковин, рыхлоты, пористости, что, в свою очередь, приводит к образованию трещин и излому детали в эксплуатации и в конечном итоге сходу подвижного состава.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании колесной пары тележки грузового вагона, конструкция которой позволит снизить вероятность появления литейных дефектов корпуса буксы в зонах упорных ограничителей продольных и поперечных перемещений челюстей буксового проема боковой рамы, расположенных на боковых частях корпуса буксы и повысите тем самым эксплуатационную надежность колесной пары и грузового вагона использующего тележки с такими колесными парами.

Поставленная задача решается за счет того, что колесная пара содержит буксовые узлы в корпусе буксы которых каждая пара продольного и поперечного ограничителя имеет общее основание в виде площадки отлитой на наружной поверхности цилиндрической стенки корпуса буксы, при этом нижняя плоскость ограничителей расположена не ниже центра посадочного диаметра под установку подшипникового узла колесной пары, ограничители выполнены высотой от 60 мм до 80 мм, а радиус сопряжения внутренней поверхности стенки поперечного ограничителя с основанием выполнен в диапазоне от 11 мм до 13 мм.

Предлагаемая конструкция в значительной степени позволяет уменьшить металлоемкость конструкции корпуса буксы, что способствует снижению образования тепловых узлов в отливке, тем самым уменьшается вероятность формирования литейных дефектов усадочного характера, уменьшается процент брака при изготовлении детали, повышается ее усталостная прочность и снижается вероятность образования трещин и изломов в корпусе буксы в процессе его эксплуатации на колесной паре в составе тележки грузового вагона.

Выполнение продольных и поперечных ограничителей высотой
от 60 мм до 80 мм на одном общем основании позволяет обеспечить требуемую прочность конструкции, а также перераспределить в тело основания ограничителей часть нагрузок, возникавших в зонах перехода ограничителей в цилиндрическую стенку корпуса буксы, что позволяет на 19%, в сравнении с прототипом, уменьшить величину пиковых напряжений от действия эксплуатационных нагрузок, снизить вероятность образования трещин и изломов и, как следствие, повысить эксплуатационную надежность корпуса буксы и колесной пары в целом.

Выполнение радиуса сопряжения внутренней поверхности стенки поперечного ограничителя с основанием в диапазоне от 11 мм до 13 мм позволяет более равномерно распределить нагрузки в данной зоне за счет получения большей площади узла сопряжения, что в конечном итоге также снижает пиковые напряжения в данной зоне и способствует повышению эксплуатационной надежности конструкции.

Выполнение основания под ограничители таким образом, что его вертикальная поверхность на которой расположены продольный и поперечный ограничители, расположена на расстоянии от 8 мм до 12 мм до наружной поверхности нижней части цилиндрической стенки корпуса буксы, позволяет получить наилучшее сочетание величин напряжений распределяемых в теле основания с его металлоемкостью. Так, расстояние свыше 12 мм приводит к излишней металлоемкости конструкции и увеличению вероятности образования литейных дефектов, а расстояние менее 8 мм приводит к превышению допустимого уровня нагрузок в зоне сопряжения поперечного ограничителя с основанием ввиду увеличения плеча действия нагрузки на поперечный ограничитель и уменьшения толщины основания воспринимающего часть возникающих нагрузок в эксплуатации.

Выполнение пары продольных и поперечных ограничителей расположенных на общем основании так, что расстояние между ними составляет от 20 мм до 25 мм, позволяет выполнять сопряжение внутренних поверхностей стенок ограничителей с основанием по радиусам достаточным для равномерного распределения нагрузок без образования точечных концентраторов напряжений. Данные размеры обусловлены тем, что при расстоянии между ограничителями менее 20 мм ограничители могут сопрягаться не с основанием, а между собой, что приведет к образованию теплового узла в отливке и появлению литейных дефектов в виде усадочных раковин, рыхлоты, пористости, в свою очередь выполнение расстояния более 25 мм приводит к чрезмерному расходу материала и увеличению массы детали без существенного снижения вероятности образования литейных дефектов.

Выполнение сопряжений основания с наружной поверхностью корпуса буксы по радиусу в диапазоне значений от 8 мм до 20 мм также позволяет исключить возникновение концентраторов напряжений по всему контуру перехода основания в тело корпуса буксы, снижая вероятность образования трещит и повышая эксплуатационную надежность конструкции.

Выполнение опорных поверхностей приливов корпуса буксы, предназначенных под установку боковой рамы, прямоугольной формы так, что их ширина находится в диапазоне значений от 36 мм до 44 мм, длина в диапазоне от 108 мм до 112 мм, а расстояние между опорными поверхностями приливов составляет не менее 150 мм, позволяет добиться смещения точек приложения сил, передаваемых от боковой рамы, от центральной части буксового узла в стороны, что позволяет, за счет приложения сил ближе к касательной цилиндрической стенки корпуса буксы, улучшить распределение действия нагрузок как в самом корпусе, так и между роликами подшипников колесной пары, повышая тем самым долговечность их работы и соответственно эксплуатационную надежность всей конструкции.

Выполнение на цилиндрической стенке корпуса буксы горизонтального ребра, соединяющего между собой основания, расположенные по одну сторону относительно вертикальной оси корпуса буксы, позволяет снять часть напряжений возникающих в основаниях и продольных ограничителях, расположенных на них, и перераспределить эти напряжения в тело ребра, кроме того, выполнение ребер снижает вероятность формирования литейных дефектов усадочного характера в основаниях, тем самым повышая прочность и эксплуатационную надежность конструкции.

Исходя из вышеизложенного техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эксплуатационной надежности конструкции колесной пары тележки грузового вагона.

Дополнительный технический результат заявляемого изобретения заключается в снижении материалоемкости конструкции, что позволяет уменьшить, в сравнении с прототипом, массу колесной пары на 11,6 кг, увеличивая тем самым количество перевозимого груза в вагоне использующем колесные пары предлагаемой конструкции на 46,4 кг.

Сущность заявляемого изобретения заключается в следующем:

Колесная пара тележки грузового вагона, включающая в себя ось, напрессованные на ось колеса, а также буксовые узлы, включающие корпус буксы, представляющий собой стальную отливку, имеет ступенчатое цилиндрическое отверстие в центре для размещения подшипникового узла колесной пары, приливы с опорными поверхностями под установку боковой рамы, объединенные между собой продольными ребрами жесткости, упорные ограничители продольных и поперечных перемещений буксового проема боковой рамы, проушины с резьбовыми отверстиями, расположенные на передней торцевой поверхности, предназначенные для фиксации крепительной и смотровой крышек, каждая пара продольного и поперечного ограничителя имеет общее основание в виде площадки отлитой на наружной поверхности цилиндрической стенки корпуса буксы, при этом ограничители расположены выше центра посадочного диаметра под установку подшипникового узла колесной пары и выполнены высотой от 60 мм до 80 мм, а радиус сопряжения внутренней поверхности стенки поперечного ограничителя с основанием выполнен в диапазоне от 11 мм до 13 мм.

Кроме того, расстояние от вертикальной поверхности основания на которой расположены ограничители до наружной поверхности нижней части цилиндрической стенки корпуса буксы составляет от 8 мм до 12 мм, сопряжения основания с наружной поверхностью корпуса буксы выполнены по радиусу и составляют от 8 мм до 20 мм. Также расстояние между продольным и поперечным ограничителями расположенными на общем основании составляет от 21 мм до 25 мм, основания, расположенные по одну сторону корпуса буксы относительно вертикальной оси, соединены между собой горизонтальным ребром выполненным на цилиндрической стенке корпуса буксы, а опорные поверхности приливов корпуса буксы предназначенные под установку боковой рамы имеют прямоугольную форму с шириной в диапазоне значений от 36 мм до 44 мм и длиной от 108 мм до 112 мм, при этом расстояние между опорными поверхностями приливов составляет не менее 150 мм.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами:

Фиг. 1 - колесная пара тележки грузового вагона;

Фиг. 2 - корпус буксы (изометрия);

Фиг. 3 - корпус буксы (вид спереди);

Фиг. 4 - корпус буксы (вид сверху);

Фиг. 5 - корпус буксы (сечение А-А);

Фиг. 6 - корпус буксы (вид В);

Фиг. 7 - распределение уровня напряжений в конструкции прототипа;

Фиг. 8 - распределение уровня напряжений в конструкции по заявляемому изобретению.

Примером реализации предлагаемой конструкции является колесная пара представленная на Фиг. 1.

Колесная пара тележки грузового вагона содержит ось 15 и напресованные на ось колеса 16. На концах оси 15 установлены буксовые узлы 17, включающие расположенные внутри корпуса буксы лабиринтное кольцо, роликовые подшипники, тарельчатую шайбу, закрепленную на оси посредством болтов установленных в отверстия на торцах оси, крепительную и смотровую крышки. Корпус буксы выполнен посредством стальной отливки из конструкционной нелегированной стали 15Л К20 (либо 20Л) по ГОСТ 977-88 и показателем твердости 120 HB. Корпус содержит ступенчатое цилиндрическое отверстие 1 в центре, в котором располагается подшипниковый узел колесной пары. В верхней части корпуса выполнены приливы 2 с прямоугольными опорными поверхностями 3, предназначенными для установки на них боковой рамы тележки. Приливы 2 объединены между собой двумя продольными ребрами жесткости 9, отлитыми на цилиндрической стенке корпуса буксы и расположенными ниже опорных поверхностей 3. На передней торцевой поверхности 8 корпуса выполнены четыре проушины 6 с глухими резьбовыми отверстиями 7, предназначенные для установки и фиксации крепительной и смотровой крышек буксового узла посредством болтов. На наружной поверхности цилиндрической стенки корпуса, слева и справа относительно вертикальной оси симметрии 11 корпуса, отлито по две площадки 12, на вертикальной торцевой поверхности 13 каждой из которых расположены один поперечный 5 и один продольный 4 ограничитель перемещений буксового проема боковой рамы. Вертикальные торцевые поверхности 13 площадок 12 параллельны продольной вертикальной плоскости корпуса буксы. Минимальное расстояние «С» между вертикальной торцевой поверхностью 13 и наружной поверхностью цилиндрической стенки корпуса буксы составляет 10 мм. Минимальный радиус сопряжения площадок 12 с наружной цилиндрической поверхностью корпуса буксы составляет 10 мм, а максимальный равен 20 мм.

Продольные ограничители 4 имеют прямоугольную форму, образованную параллельными противоположными стенками 4.1, 4.2 и 4.4, 4.5, расположенными перпендикулярно относительно вертикальной торцевой поверхности 13 площадки 12, и плоской вертикальной торцевой поверхностью 4.3, предназначенной для контакта с боковой рамой в процессе эксплуатации и расположенной параллельно вертикальной торцевой поверхности 13 площадки 12. Поперечные ограничители 5 образованы параллельными верхней 5.5 и нижней 5.4 стенкам, расположенными перпендикулярно относительно вертикальной торцевой поверхности 13 площадки 12, внутренней стенкой 5.1, параллельной внутренней стенке 4.1 продольного ограничителя, и наружной стенкой 5.2 выполненной под уклоном к внутренней стенке 5.1 с увеличением ширины поперечного ограничителя от вертикальной торцевой поверхности 5.3 к площадке 12. Расстояние между внутренними стенками 4.1 и 5.1 продольного 4 и поперечного ограничителей составляет 21 мм. Внутренняя стенка 5.1 поперечного ограничителя 5, предназначена для контакта с боковой рамой в процессе эксплуатации и сопряжена с вертикальной торцевой поверхностью 13 посредством радиуса «R» равного 12 мм. Нижние стенки 4.4 и 5.4 продольных 4 и поперечных 5 ограничителей расположены в одной плоскости выполненной на уровне центра 10 посадочного диаметра «D» под установку подшипникового узла колесной пары. Высота продольных 4 и поперечных 5 ограничителей, равная расстоянию «H» между их нижними стенками 4.4 и 5.4 и верхними стенками 4.5 и 5.5 соответственно, составляет 70 мм.

Каждая пара площадок 12, расположенная по одну сторону корпуса буксы относительно вертикальной оси 11, соединена между собой одним горизонтально расположенным ребром 14, отлитым на цилиндрической стенке корпуса буксы. Ребро 14 своей торцевой поверхностью 15 выступает относительно вертикальной торцевой поверхности 13 площадок 12 на 6 мм и имеет плавные радиусные сопряжения с наружной поверхность цилиндрической стенки корпуса буксы, площадками 12 и продольными ребрами 4. Опорные поверхности 3 приливов 2 корпуса буксы выполнены прямоугольной формы. Ширина «a» опорных поверхностей 3 составляет 40 мм, а длина «b» составляет 100 мм. Расстояние «L» между опорными поверхностями 3 приливов 2 составляет 160 мм.

В настоящее время на заявляемое изобретение разработана конструкторская документация и ведется подготовка к испытаниям опытных образцов.

Изобретение относится к конструкции колесной пары тележки грузового вагона и корпуса буксы. Колесная пара тележки грузового вагона включает в себя ось, напрессованные на ось колеса, а также буксовые узлы, включающие корпус буксы, представляющий собой стальную отливку. Корпус имеет ступенчатое цилиндрическое отверстие в центре для размещения подшипникового узла колесной пары. Корпус имеет приливы с опорными поверхностями под установку боковой рамы, объединенные между собой продольными ребрами жесткости. Корпус имеет упорные ограничители продольных и поперечных перемещений буксового проема боковой рамы. Корпус имеет проушины с резьбовыми отверстиями, предназначенные для крепления крепительной и смотровой крышек. Каждая пара продольного и поперечного ограничителей имеет общее основание в виде площадки, отлитой на наружной поверхности цилиндрической стенки корпуса буксы. Нижняя плоскость ограничителей расположена не ниже центра посадочного диаметра под установку подшипникового узла колесной пары. Ограничители выполнены высотой от 60 до 80 мм. Радиус сопряжения поверхности внутренней стенки поперечного ограничителя с основанием выполнен в диапазоне от 11 до 13 мм. Технический результат заключается в повышении эксплуатационной надежности. 5 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Колесная пара тележки грузового вагона, включающая в себя ось, напрессованные на ось колеса, а также буксовые узлы, включающие корпус буксы, представляющий собой стальную отливку, содержащую ступенчатое цилиндрическое отверстие в центре для размещения подшипникового узла колесной пары, приливы с опорными поверхностями под установку боковой рамы, объединенные между собой продольными ребрами жесткости, упорные ограничители продольных и поперечных перемещений буксового проема боковой рамы, проушины с резьбовыми отверстиями, расположенные на передней торцевой поверхности, предназначенные для фиксации крепительной и смотровой крышек, отличающаяся тем, что каждая пара продольного и поперечного ограничителей каждого корпуса буксы имеет общее основание в виде площадки, отлитой на наружной поверхности цилиндрической стенки корпуса буксы, при этом нижняя плоскость ограничителей расположена не ниже центра посадочного диаметра под установку подшипникового узла колесной пары, ограничители выполнены высотой от 60 мм до 80 мм, а радиус сопряжения поверхности внутренней стенки поперечного ограничителя с основанием выполнен в диапазоне от 11 мм до 13 мм.

2. Колесная пара тележки грузового вагона по п. 1, отличающаяся тем, что расстояние от вертикальной торцевой поверхности основания, на которой расположены ограничители, до наружной поверхности нижней части цилиндрической стенки корпуса буксы составляет от 8 мм до 12 мм.

3. Колесная пара тележки грузового вагона по п. 1, отличающаяся тем, что расстояние между продольным и поперечным ограничителями, расположенными на общем основании, составляет от 21 мм до 25 мм.

4. Колесная пара тележки грузового вагона по п. 1, отличающаяся тем, что сопряжения основания с наружной поверхностью корпуса буксы выполнены по радиусу и составляют от 8 мм до 20 мм.

5. Колесная пара тележки грузового вагона по п. 1, отличающаяся тем, что основания, расположенные по одну сторону корпуса буксы относительно вертикальной оси, соединены между собой горизонтальным ребром, выполненным на цилиндрической стенке корпуса буксы.

6. Колесная пара тележки грузового вагона по п. 1, отличающаяся тем, что опорные поверхности приливов корпуса буксы под установку боковой рамы имеют прямоугольную форму с шириной в диапазоне значений от 36 мм до 44 мм и длиной от 108 мм до 112 мм, при этом расстояние между опорными поверхностями приливов составляет не менее 150 мм.