Боковая опора кузова на тележку железнодорожного транспортного средства

 

Опора содержит упругий элемент и опорные плиты, неподвижно закрепленные соответственно на кузове и тележке. Один конец упругого элемента связан с опорной плитой непосредственно, а другой - через скользун, размещенный между направляющими, имеющимися на опорной плите. Опора снабжена устройством ограничения горизонтальных перемещений скользуна относительно опорной плиты противоположного конца упругого элемента, выполненным в виде сочетания плоских упоров, рабочие поверхности которых перпендикулярны направляющим опорной плиты, кронштейна, на котором на шарнирах укреплен рычаг с упорными кулачками, имеющими зазор с рабочими поверхностями упоров. Рычаг связан с кронштейном кузова посредством поводка и шарниров. Обеспечивается повышение надежности упругой боковой опоры кузова на тележку путем устранения абразивного износа в механизме корректирующего сдвига скользуна. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и касается конструкции устройства сопряжения кузова с тележками транспортного средства тележечного типа с двумя и более тележками под одним жестким кузовом.

Известно устройство боковой упругой опоры кузова на тележку рельсового транспортного средства, состоящее из расположенных вертикально одной или нескольких витых цилиндрических пружин, опирающихся на боковину рамы тележки в средней по длине ее части и упруго передающих вертикальные и все, кроме продольных сил тяги и торможения, горизонтальные силы между кузовом и тележкой - опоры типа флексикойл (Заявка ФРГ N 1455123, кл. B 61 F 15/20). Однако эта конструкция имеет плохую приспособленность для работы в кривых. При движении тележечных экипажей в крутых кривых относительный статический сдвиг в горизонтальной плоскости опорных поверхностей пружин весьма велик. Так, для двухтележечных экипажей и для крайних тележек экипажей с тремя тележками он достигает 100 мм, что приводит к необходимости применять пружины больших размеров. Момент в плане, передаваемый такими опорами между кузовом и тележкой, увеличивает направляющее действие колеи и соответственно износ рельсов и гребней бандажей. Для средних тележек экипажей с тремя тележками, которые почти не поворачиваются в кривых относительно кузова, поперечное горизонтальное смещение на опоре достигает 200 мм. Поэтому опоры флексикойл здесь практически неприменимы. Для уменьшения нагруженности пружин опор указанного типа при движении в кривых концы пружин (или один из них) снабжаются опорными тарелками, опирающимися на раму тележки и (или) кузов через призмы (кулачки), допускающие качание опорных тарелок. Примером может служить опорное устройство (Заявка ФРГ N 1530102, кл. B 61 F 5/14). Его недостатки - уменьшение устойчивости пружин, увеличение общей высоты опоры.

Известно устройство боковой упругой опоры кузова на тележку, состоящее из расположенной вертикально витой цилиндрической пружины, на верхний конец которой опирается кузов, а нижний конец опирается на скользун, установленный на опорной плите, закрепленной на боковине рамы тележки в ее средней по длине части (Электровоз ВЛ 10 (руководство по эксплуатации). Под общей ред. к. т.н. О.А. Кикнадзе. М.: Транспорт, 1973). Скользун связан с кузовом установленной внутри пружины телескопической направляющей со сферическим компенсатором угловых перемещений наклона кузова относительно тележки, что исключает нагружение пружины поперечными горизонтальными силами. Однако все горизонтальные перемещения кузова относительно тележки в опоре этого типа возможны только за счет проскальзывания в паре скользун-плита, что обуславливает их повышенной износ и необходимость применения антифрикционных пар материалов и смазки. Необходимость последней усложняет конструкцию опоры. Кроме того, требуется применение возвращающих аппаратов в поперечной горизонтальной связи кузова с тележкой.

Известно также устройство упругой боковой опоры кузова на тележку железнодорожного средства, выполненное в виде трубчатого упругого элемента, закрепленного между двумя опорными пластинами, нижняя из которых опирается на боковину рамы тележки, а верхняя несет на себе скользун, на который через закрепленную на кузове опорную плиту передается вертикальная нагрузка от кузова на тележку. На верхней опорной пластине закреплена в вертикальном положении гильза, соосно и плотно охватывающая через комбинированную эластомерно-металлическую втулку направляющий стержень, закрепленный на нижней опорной пластине, чем исключается нагружение основного упругого элемента опоры поперечными горизонтальными силами (Заявка Великобритании N 1434110, кл. F 16 F 1/44, B 61 F 5/14).

Недостаток указанного устройства - постоянное трение в опорной и направляющих парах скольжения при колебаниях экипажа во время его движения. Это обусловливает недостаточную надежность опоры из-за низкой работоспособности и необходимость частых ремонтов с заменой изношенных элементов. Кроме того, здесь необходимо применение отдельной поперечной горизонтальной силовой связи кузова с тележкой.

Наиболее близким к заявляемому объекту техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство упругой боковой опоры кузова на тележку железнодорожного средства, выполненное в виде упругого элемента, закрепленного одной стороной неподвижно на опорной плите, а другой стороной опирающегося на подвижный элемент - скользун, который может перемещаться по направляющим в своей опорной плите (Патент Российской Федерации N 2019457, кл. B 61 F 5/14). При этом первая опорная плита и скользун снабжены перекрывающими друг друга по высоте выступами-упорами, расположенными с горизонтальным зазором, достаточным для исключения возможности соприкосновения при наибольших динамических относительных перемещениях опорных плит в направлении движения скользуна. При относительных перемещениях опорных плит в пределах указанного зазора происходит упругая деформация сдвига упругого элемента, равная указанному перемещению опорных плит. При относительных перемещениях опорных плит, больших, чем зазор в упоре, упоры соприкасаются и происходит перемещение скользуна с боковым ограничением по направляющим опорной плиты. При этом деформация сдвига упругого элемента не превышает величины исходного зазора в упорах.

Недостаток прототипа - во время движения по переходным кривым, когда упоры находятся в соприкосновении, при наличии вертикальных и поперечных горизонтальных колебаний кузова относительно тележки между упорами возникает трение и как следствие их износ.

Задача изобретения - повышение надежности упругой боковой опоры кузова на тележку железнодорожного транспортного средства путем устранения указанного абразивного износа в механизме корректирующего сдвига скользуна.

Это достигается тем, что предлагаемая боковая опора содержит упругий элемент (например, установленную вертикально витую цилиндрическую пружину или комплект таких пружин) и две опорные плиты, неподвижно закрепленные соответственно на кузове и тележке, причем один конец упругого элемента непосредственно связан с одной из опорных плит, а другой - со второй опорной плитой через скользун, расположенный между направляющими, имеющимися на второй опорной плите. Скользун снабжен двумя выступами-упорами, рабочие поверхности которых обращены двумя выступами-упорами, рабочие поверхности которых обращены друг к другу и выполнены плоскими, перпендикулярными указанным направляющим для скользуна. Кроме этого, скользун имеет кронштейн, на котором шарнирно закреплен один концом с возможностью вращения относительно поперечной горизонтальной оси вертикальный рычаг. На втором конце рычага закреплены упорные кулачки, расположенные относительно рабочих поверхностей упоров скользуна с зазором D. Кулачки могут быть выполнены клиновидными, с применением упругого материала и в виде резино-металлического сэндвича. Рычаг шарнирно связан с поводком, направленным параллельно возможному движению скользуна. Второй конец поводка также шарнирно связан с кузовом, и оба указанных шарнира поводка выполнены сферическими, в частности, с применением сайлентблоков. При этом зазор D определяется из соотношения где d_о - наибольшее динамическое относительное перемещение опорных плит в направлении движения скользуна; Q - вертикальная нагрузка на опору; f - коэффициент трения скользуна на опорной плите; Ж_г - горизонтальная жесткость упругого элемента опоры при его деформации на сдвиг в направлении движения скользуна; l - расстояние от оси подвески рычага до центра размещенного на рычаге шарнира соединительного поводка; L - расстояние от оси подвески рычага до линии расположения контактов кулачков с рабочими поверхностями упоров скользуна.

Новые признаки предлагаемого устройства - шарнирно закрепленный на кронштейне скользуна качающийся рычаг и поводок, через сферические шарниры связывающий его с кузовом в направлении возможного движения скользуна относительно направляющих, - обусловливает передачу сдвигающих скользун сил только нажатием кулачков на рабочие площадки упоров, без возможности их относительного сдвига в плоскости указанных рабочих площадок. Тем самым исключается из абразивный износ, поскольку все динамические перемещения кузова относительно тележки, перпендикулярные к направляющим скользуна, осуществляются за счет колебательного движения поводков на их сферических шарнирах.

На фиг. 1 изображена предлагаемая боковая опора, вид сбоку; на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 и 4 - то же, что и на фиг. 1, при крайних положениях рычага с отклонением кузова относительно тележки условно влево (фиг. 3) и вправо (фиг. 4).

Устройство боковой опоры кузова 1 на тележку 2 железнодорожного транспортного средства содержит упругий элемент 3 и опорные верхнюю 4 и нижнюю 5 плиты, неподвижно закрепленные соответственно на кузове 1 и тележке 2. Один конец (например, верхний 6) упругого элемента 3 связан со своей опорной плитой 4 непосредственно, другой конец (нижний 7) связан с опорной плитой 5 через скользун 8. Опорная плита 5, несущая скользун 8, снабжена направляющими 9 и 10 для скользуна 8. Опора снабжена устройством ограничения горизонтальных перемещений скользуна 8 относительно опорной плиты 4 противоположного конца 6 упругого элемента 3, которое содержит выступы 11 и 12 на скользуне 8. Указанные выступы 11 и 12 имеют плоские упоры 13 и 14, рабочие поверхности которых перпендикулярны направляющим 9 и 10 плиты 5, несущей скользун 8.

Отличительная особенность предлагаемой боковой опоры состоит в том, что скользун 8 снабжен кронштейном 15, на котором шарнирно, с возможностью поворота относительно горизонтальной поперечной оси на шарнирах 16 и 17 закреплен рычаг 18, упорные кулачки которого 19 и 20 расположены между упорами 11 и 12 скользуна 8 с определенным зазором D. Рычаг 18 связан с кронштейном 21 кузова 1 поводком 22, имеющим сферические шарниры 23 и 24. Установка рычага 18 на кронштейне 15 скользуна 8 исключает относительные вертикальные и поперечные перемещения кулачков 19, 20 и упоров 11, 12, а значит, и устраняет их абразивный износ. Незначительная величина угловых перемещений в шарнирах 16, 17, 23 и 24, вызываемых относительными перемещениями кузова и тележки в вертикальной и горизонтальной плоскостях, позволяет использовать в этих узлах сайлентблоки, что устранит износ и в указанных шарнирах.

Зазор D определяется из соотношения

где d_о - наибольшее динамическое относительное перемещение опорных плит в направлении движения скользуна;
Q - вертикальная нагрузка на опору;
f - коэффициент трения скользуна на опорной плите;
Ж_г - горизонтальная жесткость упругого элемента опоры при его деформации на сдвиг в направлении движения скользуна;
l - расстояние от оси подвески рычага до центра размещенного на рычаге шарнира соединительного поводка;
L - расстояние от оси подвески рычага до линии расположения контактов кулачков с рабочими поверхностями упоров скользуна.

Сдвиг скользуна при колебаниях виляния тележек во время наиболее продолжительного режима движения по пути с постоянной в плане кривизной исключается, если зазор D назначается и устанавливается не менее наибольшего динамического смещения кулачков рычага 18 относительно упоров скользуна и одновременно не более величины, необходимой для возникновения деформации на сдвиг упругого элемента 3 с соответствующей силой, достаточной для начала движения скользуна 8 по направляющим 9 и 10.

При несоблюдении указанного значения зазора D в первом случае опоры будут работать с постоянно циклическими повторяемыми сдвигами скользуна. Во втором случае, то есть при значении D более величины, необходимой для возникновения деформации на сдвиг упругого элемента 3 с соответствующей силой, достаточной для начала движения скользуна 8 по направляющим 9 и 10, опора будет работать в таком же режиме, но только сдвиг скользуна 8 здесь будет определяться не упорами, а силой деформированных пружин.

С целью уменьшения удельного давления в контакте кулачков 19 (20) с рабочими поверхностями 13 (14) упоров 11 (12) указанные кулачки могут быть выполнены клиновидными с углом клиновидности α, определяемым из соотношения

Упорные кулачки 19 (20) могут быть также выполнены с применением упругого материала или в виде резино-металлического сэндвича.

Данное общее определение опоры и устройства ограничения горизонтальных перемещений скользуна 8 относительно опорной плиты 4 допускает перевернутое расположение опоры.

Работает предлагаемая опора следующим образом.

При вертикальных перемещениях кузова 1 относительно тележки 2 в парах трения скользун 8 - опорная плита 5 сдвиг не возникает. В устройстве ограничения горизонтального перемещения скользуна 8 относительно опорной плиты 4 противоположного конца 6 упругого элемента 3 из-за отсутствия соприкосновения направляющих элементов устройства также никакого трения не возникает. Поэтому при данном виде динамического нагружения опоры износ не возникает. При горизонтальных поперечных (относительно направляющих 9 и 10) перемещениях кузова 1 относительно тележки 2 их взаимное смещение осуществляется за счет поперечной деформации сдвига верхнего 6 относительно нижнего 7 концов упругого элемента 3, т.е. также без трения и,следовательно, без износа. Во время продольных (относительно направляющих 9 и 10) перемещений, сопрягаемых на опоре точек кузова 1 относительно тележки 2, их взаимное смещение сначала осуществляется так же, как и при поперечном перемещении, т.е. только за счет упругой деформации сдвига упругого элемента 3 и, следовательно, без износа. Однако при сдвиге кузова 1 на величину, при которой зазор D полностью выбирается (фиг. 3 и 4), наступает касание кулачка 19 (или 20) опорной поверхности 13 (или 14) упора 11 (или 12). При дальнейшем движении кузова 1 в указанном направлении относительно тележки 2 скользун 8 приходит в движение относительно опорной плиты 5 вдоль направляющих 9 и 10. Это движение происходит до тех пор, пока сумма перемещений упругой деформации сдвига элемента 3 и фрикционного сдвига скользуна 8 по плите 5 не достигнет величины смещения опорной плиты 4 относительно плиты 5 или кузова 1 относительно тележки 2. Поскольку рычаг 18 связан с кузовом 1 поводком 22, то перемещения кулачков 19 и 20 в горизонтальном направлении будут воспроизводить относительные перемещения кузова 1 и тележки 2 в продольном направлении с учетом поправочного коэффициента, равного отношению большого L и малого l плеч рычага 18.

В предлагаемой опоре работа трения возникает только в переходном режиме изменения кривизны пути в плане и выражается в кратковременном касательном соприкосновении взаимодействующих элементов ограничительного устройства и в сдвиге скользуна 8 по опорной плите 5 на величину, необходимую для приведения в установившееся взаимное положение всех деталей опоры. Эта работа трения на несколько порядков меньше, чем в прототипе и аналогичных опорах. В этом смысле предлагаемая опора работает как опора флексикойл, но в сравнении с ней имеет важнейшее преимущество - защищенность по деформации сдвига упругого элемента 3 от полного перемещения на опоре при движении в кривых. Описанный дополнительный рычажный механизм корректирующего сдвига скользуна 8 по опорной плите 5 полностью исключает абразивный износ этого узла во всех эксплуатационных режимах работы опоры.

Формула изобретения

1. Боковая опора кузова на тележку железнодорожного транспортного средства, содержащая упругий элемент и две опорные плиты, одна из которых неподвижно закреплена на кузове, а другая - на тележке, один конец упругого элемента непосредственно связан с одной из опорных плит, а другой - со второй опорной плитой через скользун, причем вторая опорная плита имеет направляющие для скользуна, скользун снабжен двумя выступами-упорами, рабочие поверхности которых обращены друг к другу и выполнены плоскими, перпендикулярными указанным направляющим скользуна, отличающаяся тем, что скользун имеет кронштейн, на котором шарнирно закреплен одним концом с возможностью вращения относительно поперечной горизонтальной оси вертикальный рычаг, второй конец которого снабжен упорными кулачками, расположенными относительно рабочих поверхностей упоров скользуна с зазором D, рычаг шарнирно связан с поводком, направленным параллельно возможному движению скользуна, второй конец поводка также шарнирно связан с кузовом и оба указанных шарнира поводка выполнены сферическими, причем зазор D определяется из соотношения

где d_o - наибольшее динамическое относительное перемещение опорных плит в направлении движения скользуна;
Q - вертикальная нагрузка на опору;
f - коэффициент трения скользуна по опорной плите;
ж_г - горизонтальная жесткость упругого элемента опоры при его деформации на сдвиг в направлении движения скользуна;
l - расстояние от оси подвески рычага до центра, размещенного на рычаге шарнира соединительного поводка;
L - расстояние от оси подвески рычага до линии расположения контактов кулачков с рабочими поверхностями упоров скользуна.

2. Боковая опора кузова по п.1, отличающаяся тем, что шарниры подвески рычага и соединительного поводка выполнены с применением сайлент-блоков.

3. Боковая опора кузова по п.1, отличающаяся тем, что кулачки выполнены клиновидными с углом клиновидности α, определяемым из соотношения α = D/L.
4. Боковая опора кузова по п.3, отличающаяся тем, что кулачки выполнены с применением упругого материала.

5. Боковая опора кузова по п.4, отличающаяся тем, что кулачки выполнены в виде резино-металлического сэндвича.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4