Опора качения кузова тепловоза

 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к конструкции опоры кузова тепловоза. Опора качения кузова тепловоза содержит верхнюю и нижнюю опорные плиты с обращенными к друг другу наклонными поверхностями. На каждой опорной плите имеются три конических или сферических углубления и шарики, установленные в центрах указанных углублений с возможностью образования равностороннего треугольника. Шарики заключены в общую обойму, состоящую из двух соединенных вместе горизонтальных пластин, охватывающих шарики. Технический результат заключается в устранении в опоре силы трения скольжения как при повороте тележки, так и при поперечном перемещении тележки относительно кузова в кривых участках пути. 4 ил.

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к конструкции опоры кузова тепловоза.

Известна опора качения кузова тепловоза (см. Справочник по электроподвижному составу, тепловозам и дизель-поездам. Том 1. Под редакцией А.И.Тищенко. М.: Транспорт, 1976, с.142), содержащая нижнюю и верхнюю опорные плиты с обращенными к друг другу наклонными плоскими или цилиндрическими поверхностями и два цилиндрических ролика, расположенных между опорными плитами в углублениях наклонных поверхностей, соединенных по торцам обоймами. Цилиндрические ролики с обоймами и опорными плитами вставлены в корпус с направляющими планками, который установлен на тележке. На верхней опорной плите расположено гнездо опоры, на которое передается вес кузова тепловоза, приходящийся на опору.

При входе в кривые участки пути происходит прямолинейное вкатывание роликов на наклонные поверхности плит и скольжение гнезда по верхней опорной плите. Под действием составляющих сил веса на наклонных поверхностях плит возникает возвращающая сила, стремящаяся повернуть тележку в исходное положение. Наклонными поверхностями плит производится возврат и центрирование роликов.

Недостатком опоры является неполное устранение роликами силы трения скольжения. Она устраняется только в направлении прямолинейного перекатывания роликов. В данном направлении гнездо по верхней опорной плите не скользит. Все другие перемещения в опоре реализуются проскальзыванием гнезда по верхней опорной плите с силой трения. Так при установке на тележке опоры с направлением перекатывания роликов перпендикулярно радиусу, проведенному к опоре из центра шкворня, возможен только поворот тележки вокруг шкворня преимущественно за счет перекатывания роликов. Поперечный относ тележки в кривых участках пути невозможен из-за больших сил трения при скольжении гнезда по верхней опорной плите.

Задачей изобретения является полное устранение в опоре силы трения скольжения как при повороте тележки, так и при поперечном перемещении тележки относительно кузова в кривых участках пути.

Для решения этой задачи опора качения кузова тепловоза, содержащая верхнюю и нижнюю опорные плиты с обращенными друг к другу наклонными поверхностями, имеет на каждой опорной плите три конических или сферических углубления и шарики, установленные в центрах указанных углублений с возможностью образования равностороннего треугольника и заключенные в общую обойму, состоящую из двух соединенных вместе горизонтальных пластин, охватывающих шарики.

Заявляемая опора качения кузова тепловоза, которая имеет на каждой опорной плите три конических или сферических углубления и шарики, установленные в центрах указанных углублений с возможностью образования равностороннего треугольника и заключенные в общую обойму, состоящую из двух соединенных вместе горизонтальных пластин, охватывающих шарики, позволяет полностью исключить силы трения скольжения в том числе и при поперечном перемещении тележки относительно кузова в кривых участках пути. Она может быть применена для маневровых и грузовых тепловозов.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена опора качения кузова тепловоза, вид на опору сбоку в продольной вертикальной плоскости;

на фиг.2 изображена опора качения кузова тепловоза, вид на опору сверху в горизонтальной плоскости, проходящей через центры шариков и разъемы пластин обоймы, охватывающих шарики;

на фиг.3 изображено среднее положение шариков в центрах конических углублений при отсутствии перемещений опорных плит;

на фиг.4 изображено положение шариков на наклонных конических поверхностях при относительном перемещении опорных плит.

На фиг.3, 4 углы наклона образующих конических поверхностей к горизонтали для пояснений условно увеличены. Места контакта шариков с опорными плитами отмечены утолщенными линиями.

Опора качения кузова тепловоза состоит (см. фиг.1, 2) из нижней 1 и верхней 2 опорных плит с коническими углублениями α, расположенными вокруг вертикальной оси 6 опоры по три на каждой опорной плите, и трех сферических шариков 3, расположенных между опорными плитами 1 и 2 в центрах конических углублений α с образованием равностороннего треугольника, заключенных в общую обойму 4, состоящую из двух, соединенных вместе горизонтальных пластин в и г, охватывающих шарики. Сферические шарики 3 с обоймой 4 и опорными плитами 1 и 2 вставлены в круглый корпус 5 опоры, установленный на тележке. На верхней опорной плите 2 расположено гнездо опоры 6, которое передает вес кузова Р, приходящийся на опору. Оно зафиксировано от перемещений по верхней опорной плите выступами d верхней опорной плиты.

В состоянии покоя шарики находятся в центрах конических углублений между опорными плитами 1 и 2 (см. фиг.3). Они образуют в обойме равносторонний треугольник с вершинами, соответствующими центрам конических углублений. Контактирование шариков с опорными плитами происходит по окружности. Горизонтальные усилия шариков уравновешены и каждый шарик воспринимает от кузова одинаковый вес р₀=Р/3.

В процессе движения в кривых участках пути верхняя опорная плита 2 перемещается на шариках относительно нижней опорной плиты 1 (см. фиг.4). Сила веса Р от кузова находится в равностороннем треугольнике, образованном центрами шариков. Шарики накатываются на наклонные поверхности по расширяющимся желобам и контактирование шариков происходит по внутренним поверхностям конусов. Сверху на каждый шарик в отдельности действует вертикальная сила р от веса кузова и горизонтальная сила q от тележки. Сила взаимодействия наклонных поверхностей с шариком представляет собой равнодействующую сил р и q, которая вследствие малого трения качения шарика направлена по нормали к образующим верхнего и нижнего конусов. В результате разложения данной силы получаем возвращающую силу Q опоры

Q=P·tg α,

где α - угол наклона образующей конуса к горизонтали.

На каждый шарик действует момент Мс, скатывающий его вдоль образующей конуса к центру опоры, Мс=p·е.

При условии, что e=d_ш·sinα, где d_ш - диаметр шарика, Мс=р·d_ш·sinα. Аналогичный результат получается при разложении силы q вдоль и перпендикулярно образующей. Нормальная сила n в контакте шарика получается незначительно больше силы веса р, приходящейся на шарик, за счет преодоления сил тележки при накатывании шарика, n=p/cosα.

Необходимый диаметр шарика в мм определяется из условия действия максимальной статической нагрузки на шарик р_max в кг

Максимальная нагрузка на шарик получается, когда шарик находится в ближнем к вертикальной оси δ опоры положении. Приведенная формула для диаметра шарика справедлива в случае сжатия шарика с горизонтальной плоскостью и определяет диаметр шарика с запасом, так как не учитывает вогнутые поверхности желобов опорных плит.

При повороте тележки с одновременным относом в поперечном направлении шарики занимают промежуточное положение и возвращающая сила направлена в соответствии с занимаемыми образующими конусов. Она геометрически разлагается на возвращающую силу по повороту и возвращающую силу по относу в поперечном направлении.

Сила трения при контакте шариков с пластинами обоймы практически не создает сопротивлений качению шариков. Пластины обоймы располагаются горизонтально при накатывании шариков.

Предлагаемая опора не имеет трения скольжения в поперечном направлении. В качестве материала шариков и опорных плит используется подшипниковая сталь. При изготовлении данной опоры используется опыт подшипникостроения.

При конических углублениях возвращающая сила предлагаемой опоры постоянна и не зависит от величины относительного перемещения опорных плит. В случае применения сферических углублений она повышается с увеличением относительного перемещения опорных плит.

Формула изобретения

Опора качения кузова тепловоза, содержащая верхнюю и нижнюю опорные плиты с обращенными друг к другу наклонными поверхностями, отличающаяся тем, что имеет на каждой опорной плите три конических или сферических углубления и шарики, установленные в центрах указанных углублений с возможностью образования равностороннего треугольника и заключенные в общую обойму, состоящую из двух соединенных вместе горизонтальных пластин, охватывающих шарики.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4