Устройство для передачи поперечных горизонтальных сил от кузова на тележке транспортного средства

 

Использование: как устройства, соединяющие кузов и тележку железнодорожного транспортного средства. Устройство выполнено в виде совокупности гидроцилиндров 4 - 7, встречно установленных на кузове 1 в поперечных плоскостях, проходящих через центры тележек 2 и 3. Оси цилиндров горизонтальны, их поршни 8 - 11 со штоками 16 - 19 через штанги 20 - 23 шарнирно соединены с тележками 2 и 3. Рабочие камеры 12 - 15 цилиндров 4 - 7 разных (2 или 3) тележек, расположенные с каждой стороны транспортного средства (слева или справа), соединены продольными трубопроводами 24 и 25, заполненными, как и рабочие камеры 12 - 15, несжимаемой жидкостью. Этим обеспечивается поперечная относительная подвижность тележек 2 и 3, необходимая для движения в кривых, и заданное распределение поперечных горизонтальных сил, передаваемых от кузова 1 на тележки 2 и 3. Штанги 20 - 23 или узлы их шарнирного крепления на тележках 2 и 3 могут быть выполнены деформируемыми путем включения в них упруго-диссипативных элементов 28 - 29. 5 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к колесному ( в частности железнодорожному) транспорту, а именно к устройствам, соединяющим с кузовом тележки железнодорожных транспортных средств.

Известно устройство для передачи поперечных сил от кузова на тележки железнодорожного экипажа, состоящее из узла балансированной связи кузова с двумя тележками, выполненное в виде Н-образной поперечно расположенной рамы, консольные участки которой соединены с боковинами рам тележек, средняя часть (основная балка) размещена в продольной плоскости симметрии экипажа, а на середине этой балки размещен подпятник, на который опирается пята кузова (патент ФРГ N 2919635, кл. В 61 F 3/10, 1992).

Недостаток этой конструкции - большой вес, так как поперечные нагрузки от кузова через пятниковый узел передаются на тележки балансиром балочного типа, т. е. элементом, работающим на изгиб. Кроме того, такая конструкция обусловливает высокую жесткость поперечной балансированной связи кузова с тележками, из-за чего динамические качества железнодорожного транспортного средства при движении с высокими скоростями оказываются неудовлетворительными.

Прототипом является устройство для передачи поперечных горизонтальных усилий от кузова на тележки железнодорожного транспортного средства, состоящее из узла балансированной связи кузова с двумя тележками, выполненного в виде горизонтальных соединительных элементов, шарнирно связанных со средними частями соответствующих тележек.

Недостаток прототипа - большой вес устройства, распределяемый между тележками балансиром балочного типа, т.е. работающим на изгиб. Длина такой балки весьма велика, поскольку этот балансир связывает между собой шарниры, расположенные в центрах тележек. Отсутствие упругих элементов в данном устройстве обусловливает низкие динамические качества железнодорожного транспортного средства, выражающиеся повышенным воздействием на путь, большими ускорениями кузова и высокой динамической нагруженностью несущих элементов кузова и тележек.

Цель изобретения - уменьшение веса устройства для передачи поперечных горизонтальных сил от кузова на тележки транспортного средства и улучшение его динамических характеристик.

На фиг.1 изображено устройство поперечной горизонтальной связи тележек с кузовом, вид сверху (вариант с гидроцилиндрами одинарного действия и отдельной связью штоков каждого из них с тележкой); на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1 (вариант с деформируемыми штангами поперечной горизонтальной связи тележек с кузовом); на фиг.3 - то же, с объединением штоков гидроцилиндров и расположением соединительной штанги между цилиндрами; на фиг.4 - то же, с расположением соединительной штанги вне пары взаимосвязанных по тележке цилиндров; на фиг.5 - то же, с выполнением пары взаимосвязанных по тележке цилиндров в виде одноцилиндрового двухпоршневого блока с расходящимися поршнями и раздельными рабочими камерами; на фиг. 6 - устройство, вид сверху, вариант с гидроцилиндрами двойного действия; на фиг.7 - разрез Б-Б на фиг. 6; на фиг.8 - пример возможного исполнения гидроцилиндра двойного действия с независимыми абсолютно герметичными рабочими камерами.

Устройство для передачи поперечных горизонтальных сил от кузова 1 на тележки 2 и 3 (количество тележек может быть больше двух) транспортного средства содержит узел балансированной связи, основными элементами которого являются горизонтальные гидроцилиндры 4-7 одинарного действия, установленные встречно (фиг.1-5), или двойного действия (фиг.6-8).

Гидроцилиндры 4-7 одинарного действия с поршнями 8-11 и заполненными несжимаемой жидкостью рабочими камерами 12-15 закреплены на кузове 1 с расположением осей цилиндров 4-7 в поперечных плоскостях, проходящих через центры тележек 2 и 3. Штоки 16-19 поршней 8-11 шарнирно соединены с поперечными горизонтальными штангами 20-23, другие концы которых шарнирно закреплены на тележках 2 и 3. Рабочие камеры 12-15 цилиндров 4-7 разных тележек (2 или 3), расположенные с каждой стороны транспортного средства (слева или справа относительно его продольной оси или точек передачи поперечных горизонтальных сил от цилиндров 4-7 на тележки 2 или 3), соединены продольными трубопроводами 24 и 25, также заполненными той же несжимаемой жидкостью, что и цилиндры 4-7: камера 12 правого (условно) цилиндра 4 тележки 2 соединена трубопроводом 24 с камерой 14 также правого цилиндра 5 тележки 3, а камера 13 левого цилиндра 5 тележки 2 - трубопроводом 25 с камерой 15 также левого цилиндра 7 тележки 3. Эти соединения создают две изолированные гидравлические балансирующие системы поперечной горизонтальной связи тележек 2 и 3 с кузовом 1 транспортного средства. Для компенсации тепловых деформаций элементов указанных гидросистем трубопроводы 24 и 25 снабжены расширительными компенсаторами 26 и 27 соответственно. Соединительные штанги 20-23 могут иметь различное исполнение: быть жесткими, т.е. иметь постоянную длину, либо с изменяющейся под нагрузкой длиной, т.е. упругими на сжатие-растяжение, что достигается, например, включением в штанги 20 и 21 упругодиссипативных элементов 28 и 29. В них же могут входить и элементы, регулирующие (при необходимости) длину штанг 20 и 21. В случае применения жестких штанг (как, например, показано на фиг.1 для тележки 3 - штанги 22 и 23) упругость поперечной горизонтальной связи кузова 1 с тележками 2 и 3 может быть достигнута установкой упругодиссипативных элементов 30 непосредственно на тележках 2 и 3 (фиг.3). Кроме независимой установки цилиндров, в каждой паре 4-5 и 6-7, связывающих тележки 2 и 3 с кузовом 1, возможны и другие варианты компоновки этих связей. Например, в паре цилиндров 4-5, связывающих тележку 2 с кузовом 1, шток 17 цилиндра 5 соединен с тележкой 2 штангой 21, а шток 16 второго цилиндра 4 - непосредственно со штоком 17 цилиндра 5. Возможны как внутреннее по отношению к паре цилиндров 4-5 расположение соединительной штанги 21 (фиг.3), так и внешнее (фиг.4). В последнем случае возможна также инверсия установки цилиндров 4 и 5, при которой эта пара цилиндров выполнена в виде одноцилиндрового двухпоршневого блока 31 с расходящимися поршнями 8 и 9, между которыми установлена разделительная перегородка 32, образующая раздельные рабочие камеры 12 и 13 (фиг.5). Такое же компановочное исполнение поперечной горизонтальной связи с кузовом 1 могут иметь тележка 3 и другие. Вместо одноцилиндровых двухпоршневых блоков 31 и расходящимися поршнями 8 и 9 и разделительной перегородкой 32 между ними в предлагаемом устройстве узел балансированной поперечной горизонтальной силовой связи кузова 1 с каждой тележкой (2 или 3) может быть выполнен в виде цилиндров двойного действия 33 и 34 (фиг.6-8). Их поршни 35 и 36 разделяют общие объемы каждого цилиндра на две рабочие камеры: 37 и 38 цилиндра 33, а также 39 и 40 цилиндра 34. При соединении трубопроводом 41 рабочих камер 37 и 39 цилиндров 33 и 34, а также трубопроводом 42 рабочих камер 38 и 40 тех же цилиндров достигается такой же результат по распределению сил между кузовом 1 и тележками 2 и 3, что и при применении двух (на каждую тележку) цилиндров одинарного действия, установленных встречно (фиг.1-5). Герметичность гидроцилиндров балансированной поперечной горизонтальной связи кузова 1 с тележками 2 и 3 во всех перечисленных вариантах обеспечивается применением сильфонов как в парах цилиндр-поршень (например сильфона 43), так и на выходе штоков из цилиндров двойного действия 33 и 34 (например сильфона 44). С той же целью вместо сильфона возможно применение поршневых пар и герметизирующих выход штоков узлов диафрагменного типа. При одинаковых диаметрах цилиндров 4-7 (фиг.1-5) или 33 и 34 (фиг.6-8) обеспечивается равномерное распределение поперечных горизонтальных сил от кузова 1 на тележки 2 и 3.

Работает предлагаемое устройство следующим образом.

При положении транспортного средства на прямом участке пути и отсутствии поперечных горизонтальных сил, действующих со стороны кузова 1 на тележки 2 и 3, центры тележек расположены в продольной плоскости симметрии кузова 1. Все элементы устройства не нагружены.

При действии поперечных горизонтальных сил между кузовом 1 и тележками 2 и 3 эти силы передаются штангами 20-23 от тележек 2 и 3 на штоки 16-19 цилиндров 4-7. В зависимости от направления передаваемых сил происходит попеременное нагружение левых (условно) или правых узлов балансированной связи кузова 1 с тележками 2 и 3. В частности, при действии сил, стремящихся сдвинуть кузов 1 относительно тележек 2 и 3 влево (на фиг.1 - вниз), соединительные штанги 20 и 22, нагружаясь сжимающими силами, передают их на штоки 16 и 18 поршней 8 и 10 цилиндров 4 и 6. Это приводит к повышению давления несжимаемой жидкости в рабочих камерах 12 и 14 указанных цилиндров, чем и создаются соответствующие реакции со стороны кузова 1. Благодаря продольному соединению рабочих камер 12 и 14 трубопроводом 24, давление жидкости в обеих указанных камерах всегда будет одинаковым, что автоматически обеспечивает заданное (оптимальное) соотношение реактивных сил со стороны кузова 1. При одинаковых диаметрах цилиндров 4 и 6 эти реактивные силы также будут одинаковыми.

При действии сил противоположного направления, стремящихся сдвинуть кузов 1 относительно тележек 2 и 3 вправо (на фиг.1 - вверх), работает аналогично описанному другая, левая сторона узла балансированной связи предлагаемого устройства. Соединительные штанги 21 и 23, нагружаясь сжимающими силами, передают их на штоки 17 и 19 поршней 9 и 11 цилиндров 5 и 7. Это приводит к повышению давления несжимаемой жидкости в рабочих камерах 13 и 15 цилиндров 5 и 6, чем и создаются соответствующие реакции со стороны кузова 1. Продольное соединение трубопроводом 25 рабочих камер 13 и 15 цилиндров 5 и 7 обеспечивает одинаковое давление жидкости в них и, соответственно, заданное соотношение реактивных сил, создаваемых указанными цилиндрами.

Передача и распределение поперечных горизонтальных сил, передаваемых от кузова 1 на тележки 2 и 3, достигаются практически безынерционно, так как масса перемещающихся элементов (включая балансирующую несжимаемую жидкость) здесь весьма невелики и, конечно, значительно меньше, чем в известных устройствах аналогичного назначения. Тем самым обеспечивается улучшение динамических характеристик транспортного средства.

Возможность иметь связи тележек 2 и 3 с кузовом 1 деформируемыми - в виде выполнения соединительных штанг 20-23 или хотя бы по одной из них в каждом гидравлически связанном контуре с включением упругодиссипативных элементов 28 и 29 либо в виде установки упругодиссипативных элементов 30 непосредственно на тележках 2 и 3 - позволяет дополнительно улучшить динамические качества транспортного средства.

Для движения в кривых необходима возможность поперечного горизонтального смещения тележек 2 и 3 относительно друг друга, в частности, в противоположные стороны от рассмотренного среднего положения. Заданное распределение поперечных горизонтальных сил, передаваемых от кузова 1 на тележки 2 и 3, должно сохраняться. Эти оба условия в предлагаемом устройстве автоматически выполняются в любом режиме за счет того, что при достаточном объеме рабочих камер 12-15 и соответствующем запасе хода поршней 8-11 цилиндров 4-7 указанные поршни имеют возможность движения в обе стороны от среднего положения без изменения сил, передаваемых от них жидкостью балансирующей гидросистемы.

Например, для движения в левой кривой тележка 2 должна сдвинуться относительно тележки 3 влево (на фиг.1 - вниз). Необходимые для этого перемещения в экипаже обеспечиваются схемой предлагаемого устройства: поршни 8 и 9 цилиндров 4 и 5, будучи связаны с тележкой 2, сдвигаются вместе с ней влево (вниз), поршни 10 и 11 цилиндров 6 и 7 - вместе с тележкой 3 вправо (вверх). Благодаря несжимаемости жидкости продольной гидравлической связи рабочих камер 12 и 14 (соответственно 13 и 15) перемещения поршней во всех цилиндрах синхронны, одинаковы по величине и равны половине необходимого поперечного относительного сдвига тележек 2 и 3. В пределах свободного хода поршней всегда сохраняется, как и при движении по прямому пути, заданное распределение сил, передаваемых от кузова 1 на тележки 2 и 3, поскольку оно определяется соотношением диаметров гидравлически связанных цилиндров.

При использовании цилиндров двойного действия 33 и 34 (фиг.6-8) работа системы гидравлического балансирования поперечных горизонтальных сил, передаваемых от кузова 1 на тележки 2 и 3, во всех рассмотренных режимах осуществляется аналогично описанному.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ПОПЕРЕЧНЫХ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СИЛ ОТ КУЗОВА НА ТЕЛЕЖКИ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, содержащее приспособление балансированной связи тележек с кузовом, включающее в себя горизонтальные соединительные элементы, шарнирно связанные со средними частями соответствующих тележек, отличающееся тем, что указанное приспособление дополнительно включает в себя закрепленные своими корпусами на кузове горизонтальные гидроцилиндры, рабочие камеры которых заполнены несжимающей жидкостью, а их продольные оси расположены в поперечных вертикальных плоскостях, в которых расположены центры соответствующих тележек, и трубопроводы, связывающие рабочие камеры гидроцилиндров с направленными в одну сторону штоками, причем упомянутые соединительные элементы выполнены в виде штанг, одними концами шарнирно связанными со штоками соответствующих гидроцилиндров, а другими - с соответствующими тележками.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что связанные с каждой тележкой гидроцилиндры выполнены одностороннего действия и расположены встречно.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что штоки гидроцилиндров, связанных с каждой тележкой, жестко соединены друг с другом.

4. Устройство по пп.1 - 3, отличающееся тем, что связанные с каждой тележкой гидроцилиндры жестко соединены между собой корпусами, а их штоки направлены в противоположные стороны.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что гидроцилиндры выполнены двойного действия.

6. Устройство по пп.1-5, отличающееся тем, что гидроцилиндры выполнены с одинаковыми диаметрами поршней.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8