Высокоскоростная тележка для рельсового экипажа

Авторы патента:

Акишин Александр Александрович (RU)

Ершов Александр Олегович (RU)

Лёвин Борис Алексеевич (RU)

Савоськин Анатолий Николаевич (RU)

B61F5/00 - Конструктивные элементы тележек; соединения между тележками и рамами; устройства, регулирующие положение или допускающие самоустановку колесных осей и тележек при движении по криволинейным участкам пути

Владельцы патента RU 2613642:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет путей сообщения" МГУПС (МИИТ) (RU)

Изобретение относится к железнодорожным транспортным средствам, в частности к высокоскоростным тележкам рельсового экипажа. Высокоскоростная тележка для рельсового экипажа выполнена в виде двухосной тележки, состоящей из двух сочлененных одноосных тележек. Одноосная тележка включает первую, вторую и третью ступень рессорного подвешивания. Первая ступень рессорного подвешивания состоит из двух композитных однолистовых рессор. Вторая ступень рессорного подвешивания состоит из упругой продольной тяги, возвращающего устройства и гидравлических гасителей. Третья ступень рессорного подвешивания выполнена посредством двух пневматических рессор диафрагменного типа или посредством системы, состоящей из двух основных пружин, гидравлического гасителя, вспомогательной пружины и резинометаллического блока. Достигается повышение скорости рельсового экипажа. 3 ил.

«Область техники, к которой относится изобретение»

Изобретение представляет собой двухосную тележку рельсового транспортного средства, в частности моторного вагона высокоскоростного электропоезда. Тележка имеет возможность радиальной установки в кривых участках пути и может эксплуатироваться в высокоскоростном движении.

«Уровень техники»

В России были разработаны несколько подобных тележек с радиальной установкой: Брянским государственным техническим университетом (одноосная тележка подвижной единицы железнодорожного транспорта - патент RU 2347701, двухосная тележка подвижной единицы железнодорожного транспорта - патент RU 2329907), Открытым акционерным обществом холдинговая компания "Коломенский завод" (тележка рельсового транспортного средства - патент RU 2333857), ОАО "Всероссийский научно-исследовательский институт транспортного машиностроения" (тележка железнодорожного вагона - патент RU 2274571), ОАО "Брянский машиностроительный завод" (тележка железнодорожного транспортного средства - патент RU 2207274).

Недостатками конструкций приведенных выше тележек является отсутствие связи кузова с колесной парой (кроме тележек, разработанных Брянским государственным техническим университетом), что увеличивает металлоемкость тележек, а следовательно, и массу тележек, и приводит к ухудшению динамических качеств и усложнению условий обеспечения прочности рамы тележки. У тележек, разработанных в Брянском государственном техническом университете, связь кузова с колесными парами присутствует, однако недостатком данной конструкции является сложность размещения вертикального рессорного подвешивания, наличие платформы, соединяющей модуль тележки и неудачное расположение поводков, что приводит к перекосу тележки в горизонтальной плоскости.

В Московском государственном университете путей сообщения также имеется опыт разработки высокоскоростных тележек для подвижного состава. На эти разработки были получены патенты: одноосная тележка рельсового транспортного средства (патент RU 2209741), двухосная тележка железнодорожного транспортного средства (патент: RU 2291801), двухосная тележка рельсового транспортного средства (патент RU 2301166).

Прототипом предлагаемой тележки является «Двухосная тележка» (патент RU 2301166), в конструкцию которой были внесены значительные изменения, с целью дальнейшего ее совершенствования, а именно совершенствование ограничителей поперечных перемещений; исключение ножевых опор, подверженных усиленному износу; обеспечение возможности прохождения заводских кривых малого радиуса, а также совершенствование конструкции рамы тележки.

«Раскрытие изобретения»

Достигаемый в результате осуществления изобретения технический результат заключается в создании на основе «Двухосной тележки» (патент RU 2301166) тележки для моторного вагона электропоезда с возможностями: радиальной установки колесных пар в кривых участках пути, прохождения кривых малого радиуса, выполнения требований, установленных к показателям динамических качеств при скоростях движения до 400 км/ч.

Высокоскоростная тележка для рельсового экипажа представляет собой двухосную тележку, состоящую из двух сочлененных одноосных тележек с трехступенчатым рессорным подвешиванием. Первая ступень соединяет буксы колесной пары с рамой одноосной тележки. Вторая ступень соединяет раму каждой одноосной тележки с кузовом, а третья ступень - кузов с буксами каждой колесной пары. Третья ступень рессорного подвешивания тележки может быть выполнена в двух вариантах: в первом варианте кузов опирается на каждую буксу колесных пар через две пневморессоры диафрагменного типа, расположенные юбками в разные стороны. Во втором варианте опирание кузова на буксы происходит через резинометаллический элемент и систему, состоящую из двух пружин и подпружиненного гидравлического гасителя колебаний. Соответствующим подбором упругих и диссипативных характеристик связей кузова с буксой, кузова с рамой тележки, а также рамы тележки с буксой можно обеспечить работу рамы тележки в режиме динамического гасителя колебаний, что значительно улучшает показатели динамических качеств предлагаемой тележки.

За счет введения третьей ступени рессорного подвешивания сила тяжести кузова передается непосредственно на буксы колесных пар и создаются условия для работы рам тележек в качестве динамических гасителей. Динамический гаситель преобразовывает механическую энергию колебаний защищаемого тела в механическую энергию колебаний дополнительной массы, роль которой в данном случае выполняет рама тележки. В нем для гашения колебаний используется явление антирезонанса.

Внутренние концы одноосных тележек соединены между собой диагональными тягами для синхронизации радиальной установки колесных пар в кривых и повышения критической скорости движения в прямых участках пути.

Рама тележки состоит из двух легких продольных и двух поперечных балок. На раме установлен тяговый двигатель, тормозные устройства и кронштейны крепления продольного поводка ограничителей колебаний, гидравлических гасителей колебаний и т.п. На тележке может быть применен тяговый привод любого класса. Первая ступень рессорного подвешивания состоит из двух однолистовых композитных рессор для передачи вертикальных, продольных и поперечных сил от колесной пары к раме тележки. С одной стороны рессоры шарнирно прикреплены к корпусам букс в разных точках, а с другой соединены между собой хомутом, установленным в гнезде поперечной балки рамы тележки. Демпфирование горизонтальных колебаний виляния выполнено отдельными гидравлическими гасителями на каждой тележке, а также ограничителем боковых колебаний. Этот ограничитель выполняет также демпфирование колебаний относа и боковой качки.

Данная тележка отличается от «Двухосной тележки» (патент РФ RU 2301166) рессорным комплектом третьей ступени рессорного подвешивания, в связи кузова с колесной парой, которая была реализована в виде двух пружин и параллельно соединенным с ними подпружиненного гасителя. Этот комплект заменен на две последовательно соединенные пневморессоры диафрагменного типа (вариант 1) или на систему из двух пружин и параллельно соединенным с ними подпружиненного гасителя, к которой последовательно присоединяется резинометаллический блок (вариант 2). Как первый, так и второй вариант допускают поперечное перемещение кузова относительно колесных пар на расстояние до 210 мм, что обеспечивает возможность прохождения кривых малого радиуса (до 50 м). Также оба этих варианта предусматривают замену ножевых упоров, установленных на «Двухосной тележке» (патент РФ RU 2301166) на резинометаллические блоки. В возвращающем устройстве вместо пружин применены две однолистовых композитных рессоры, с нелинейной характеристикой. Изменена конструкция рамы тележки: незамкнутая рама «Двухосной тележки» (патент РФ RU 2301166) [-образной формы, заменена более прочной замкнутой рамой, состоящей из двух боковин трубчатой формы и двух поперечных балок: внутренней и наружной.

«Краткое описание чертежей»

На Фиг. 1 представлена высокоскоростная тележка для рельсового экипажа с пневморессорами в третьей ступени рессорного подвешивания: а - общий вид; б - вид сверху.

На Фиг. 2 приведена характеристика композитной рессоры (а) и возвращающего устройства (б).

На Фиг. 3 представлена высокоскоростная тележка для рельсового экипажа с системой из пружин, гасителя и резинометаллического блока в третьей ступени рессорного подвешивания.

«Осуществление изобретения»

На Фиг. 1 изображена высокоскоростная тележка для рельсового экипажа с трехступенчатым рессорным подвешиванием, выполненная по первому варианту с двумя пневморессорами. Внутренние поперечные балки 5 рам тележек опираются на буксы 1 колесных пар 10 через две однолистовых композитных рессоры 2 и 3, передающих все вертикальные, поперечные и продольные силы между этими телами. Эти рессоры образуют первую ступень рессорного подвешивания. Поскольку верхние рессоры 3 короче нижних 2, вертикальные жесткости этих рессор различны и при ходе рамы тележки вниз (при увеличении деформации рессор Δ_z по сравнению со статической деформацией Δ_ст) сила реакции рессор F_p увеличивается по линии ВС относительно статической силы тяжести F_ст (Фиг. 2, а). При изменении знака деформации сила реакции скачком по линии CD перейдет в точку D и при дальнейшем уменьшении Δ_z сила F_p будет уменьшаться по линии DE. При новом изменении знака произойдет новый скачок по линии ЕА и дальнейшее увеличение будет происходить по линии ABC. Площадь петли ACDE характеризует величину энергии, рассеянной за период колебаний, что обеспечивает необходимый уровень демпфирования в первой ступени рессорного подвешивания и не требует применения специальных гасителей колебаний.

Наружные поперечные балки 9 рам тележек подвешены к кронштейну кузова (на Фиг. 1 кронштейн не показан) продольными тягами 11, выполненными из композитного материала, обеспечивающего необходимое соотношение между их продольными, поперечными и вертикальными жесткостями. Эти тяги передают продольные, поперечные и вертикальные силы между кузовом и рамами тележек и выполняют функцию второй ступени рессорного подвешивания. Они соединены с рамами тележек с помощью головок 19 вертикально расположенными валиками, обеспечивающими возможность угловых перемещений кузова и тележек при колебаниях виляния. С кронштейном кузова тяги соединены головками 12 с горизонтально расположенными валиками для обеспечения угловых перемещений при колебаниях галопирования кузова и тележек.

Для ограничения поперечных перемещений кузова относительно рам тележек, возникающих при колебаниях относа, виляния и боковой качки, предусмотрен ограничитель, выполненный с помощью двух рессорных листов 13, примыкающих к продольным тягам 11. Внутренние концы этих листов вместе с тягами зафиксированы в кронштейне 19, а наружные отогнуты от тяг и своими наконечниками 14 могут взаимодействовать с упорами 16, установленными на боковинах 6 рам тележек. При поперечных перемещениях рам после выбора зазора 5 между упором и наконечником рессоры, рессорный лист начнет прижиматься к продольной тяге. При этом свободная длина листа станет уменьшаться, и его поперечная жесткость начнет увеличиваться по закону кубической параболы (Фиг. 2, б). Такая нелинейная характеристика поперечной жесткости ограничителей способствует существенному снижению колебаний относа, виляния и боковой качки кузова и тележек и обеспечивает возможность получения высоких показателей динамических качеств экипажа.

Кроме того, во второй ступени подвешивания имеется гидравлический гаситель боковых колебаний 20, расположенный под углом к горизонтальной продольной оси тележки. Такое расположение обеспечивает возможность демпфирования как колебаний относа, так и колебаний виляния кузова и тележек. Тяговый электродвигатель 21 подвешен к поперечным балкам 5 и 9, а редуктор 8 может быть также подвешен к поперечным балкам (тяговая передача III класса) или может одним концом опираться на ось колесной пары (передача II класса). Внутренние концы двух одноосных тележек, образующих одну двухосную, соединяются между собой диагональными тягами 4, которые обеспечивают возможность перемещения одноосных тележек относительно друг друга, что позволяет им радиально устанавливаться в кривых участках пути.

Третью ступень рессорного подвешивания образуют две пневморессоры диафрагменного типа 7, расположенные юбками в разные стороны, через которые кузов опирается на буксы 1 каждой колесной пары. Демпфирование вертикальных колебаний происходит за счет рассеивания энергии при перетекании сжатого воздуха из пневморессор в дополнительный резервуар, размещенный в балках кузова по трубопроводу с калиброванным отверстием, диаметр которого выбирается в процессе оптимизации параметров рессорного подвешивания для заданной конструкционной скорости движения.

Симметрично расположенные комплекты пневморессор на каждой тележке соединены между собой поперечными соединительными тягами 18, которые крепятся к промежуточным опорам 15 пневморессор резинометаллическими сайлентблоками, что обеспечивает синхронность поперечных перемещений обоих комплектов пневморессор каждой тележки. В средней части на этих тягах выполнена проушина, к которой присоединены предохранительные тросы 17, обеспечивающие ограничение поперечных перемещений нижних пневморессор величиной 105 мм. После выбора этого зазора один из тросов натянется, ограничивая деформацию нижней рессоры, после чего начинает деформироваться верхняя пневморессора. Таким образом, обеспечивается суммарное поперечное перемещение такого рессорного комплекта на 210 мм.

На Фиг. 3 изображен второй вариант данной тележки, которая отличается схемой третьей ступени рессорного подвешивания, в которой две пневморессоры диафрагменного типа (7 на Фиг. 1) заменены системой, состоящей из двух основных пружин 7а, гидравлического гасителя 7с, вспомогательной пружины 7b и резинометаллического блока 7d, прикрепленного нижним основанием к промежуточным опорам 15, а верхним - к кузову.

Проведенные расчеты показали, что предлагаемая тележка с оптимизированными параметрами рессорного подвешивания обеспечивает возможность эксплуатации в диапазоне скоростей до 120 м/с (432 км/ч) и прохождение железнодорожных кривых на скоростях, больших на 25%, чем экипажи на типовых двухосных тележках.

Высокоскоростная тележка для рельсового экипажа, выполненная в виде двухосной тележки, состоящей из двух сочлененных одноосных тележек, предназначенная для использования на скоростном и высокоскоростном подвижном составе, выполненная с возможностью прохождения кривых малого радиуса и с возможностью радиальной установки колесных пар в кривых участках пути и включающая первую ступень рессорного подвешивания, состоящую из двух композитных однолистовых рессор, вторую ступень рессорного подвешивания, состоящую из упругой продольной тяги, выполненной с возможностью передачи продольных, вертикальных и поперечных сил, возвращающего устройства, обеспечивающего продольную жесткость, и гидравлических гасителей, используемых для гашения колебаний в горизонтальной плоскости, отличающаяся тем, что она снабжена третьей ступенью рессорного подвешивания для значительного улучшения показателей динамических качеств экипажа и увеличения максимально допустимой скорости движения, причем она выполнена посредством двух пневматических рессор диафрагменного типа или посредством системы, состоящей из двух основных пружин, гидравлического гасителя, вспомогательной пружины и резинометаллического блока.

Изобретение относится к области рельсовых транспортных средств, а именно к бесчелюстным тележкам тепловоза. Тепловозная бесчелюстная тележка включает в себя раму, состоящую из боковин и поперечин с установленными на них колесно-моторными блоками с колесными парами и рессорными комплектами.

Трёхосная тележка тепловоза // 2607896

Изобретение относится к области рельсовых транспортных средств, в частности к трехосным тележкам тепловоза. Трехосная тележка тепловоза состоит из рамы с размещенными на ней колесно-моторными блоками с колесными парами, снабженными буксами с крыльями, а также рессорного подвешивания.

Бесчелюстная тележка тепловоза // 2607697

Изобретение относится к области рельсовых транспортных средств, а именно к бесчелюстным тележкам тепловоза. Бесчелюстная тележка тепловоза состоит из рамы с установленными на ней колесно-моторными блоками и колесными парами с буксами.

Трёхосная тележка локомотива // 2606411

Изобретение относится к области рельсовых транспортных средств, а именно к трехосным тележкам локомотива. Трехосная тележка локомотива состоит из рамы с установленными на ней колесными парами и тяговыми электродвигателями с рессорными комплектами, буксами и поводками.

Тепловоз // 2606409

Изобретение относится к области рельсовых транспортных средств, а именно к тепловозам. Тепловоз состоит из кузова, связанного с парой трехосных тележек при помощи шкворней и центрального подвешивания, выполненного в виде винтовых цилиндрических пружин сжатия.

Тележка скоростного грузового вагона в.в. бодрова // 2602006

Изобретение относится к рельсовым транспортным средствам, в частности к тележкам скоростных грузовых вагонов. Тележка скоростного грузового вагона включает две колесные пары с возможностью независимого вращения колес, тормозную систему и две жестко соединенные боковые рамы.

Восьмиосное рельсовое транспортное средство // 2601890

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к конструкциям восьмиосных рельсовых транспортных средств. Восьмиосное рельсовое транспортное средство содержит кузов и тележки.

Балка надрессорная железнодорожной тележки // 2565642

Изобретение относится к железнодорожному транспорту. Балка представляет собой стальную отливку коробчатого сечения, состоящую из верхнего пояса, нижнего пояса и ребер жесткости, соединяющих верхний и нижний пояса.

Износостойкая сменная прокладка боковой рамы тележки грузового вагона // 2545848

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к конструктивным элементам тележек. Износостойкая сменная прокладка устанавливается в буксовом проеме боковой рамы между опорными поверхностями буксового проема боковой рамы и подшипникового узла.

Боковая рама тележки грузового вагона // 2545136

Изобретение относится к конструкции грузовых тележек железнодорожного подвижного состава. Боковая рама тележки содержит концевые части, верхний и нижний пояса, при этом на каждой концевой части под верхним поясом выполнен П-образный проем для размещения в нем буксы колесной пары тележки.

Трехтележечное транспортное средство и средняя тележка конструкции в.в. бодрова // 2613922

Группа изобретений относится к железнодорожному транспорту, в частности к трехтележечным транспортным средствам и к их тележкам. Трехтележечное транспортное средство включает емкость для перевозки материалов, две поворотные и среднюю поперечно перемещаемую тележки, а также опору на среднюю тележку. Опора средней тележки содержит продольную балку с узлом стыковки с ее верхней опорной плитой. К обеим боковым поверхностям продольной балки симметрично относительно ее середины жестко закреплены по две или по четыре проушины в зависимости от количества пар боковых рам в средней тележке. Проушины шарнирно соединены посредством пар шарнирно соединенных шатунов, подпружиненных с усилием, направленным на увеличение угла между шатунами в каждой паре, с проушинами средней тележки. Средняя тележка включает верхнюю опорную плиту с узлом стыковки с продольной балкой, нижнюю опорную плиту, жестко соединенную с надрессорной балкой двухосной или с соединительной балкой четырехосной тележки. Противоположные боковые рамы тележки жестко соединены горизонтальной рамой, имеющей над каждой боковой рамой по две проушины. Достигается повышение эффективности средней тележки в транспортных средствах различных типов. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Тележка ж/д вагона // 2619632

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к тележкам железнодорожных вагонов. Тележка железнодорожного вагона содержит несущую раму с верхнерасположенной фиксирующей осью и колеса, присоединенные к раме снизу посредством упругих элементов. Тележка содержит колеса в виде шаров, заключенных в верхнерасположенную полусферу. Шары могут быть выполнены как из стали, так и из эластичного материала. Достигается универсальность тележки. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Железнодорожная колесная пара с управляемым дифференциалом // 2621828

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к железнодорожной колесной паре с управляемым дифференциалом. Железнодорожная колесная пара с управляемым дифференциалом содержит ось и два колеса, одно из которых напрессовано на ось. На оси выполнены две проточки, в которых укреплены две клеммы с разъемными ступицами. Второе колесо пары укреплено на оси с возможностью вращения и взаимодействия с клеммами. По обе стороны ступицы второго колеса укреплены уплотнения с возможностью взаимодействия с осью. В зазоре между ступицей второго колеса и осью колесной пары содержится ферромагнитная жидкость. Ступица второго колеса охвачена соленоидом, который подключен к источнику тока и электрически связан с системой управления. Достигается повышение надежности колесной пары. 2 ил.

Боковая рама тележки грузового вагона // 2623461

Изобретение относится к железнодорожному подвижному составу, в частности к конструкции боковой рамы тележки грузового вагона. Боковая рама тележки грузового вагона содержит верхний пояс, нижний пояс, буксовые проемы с наружными и внутренними челюстными направляющими, вертикальные колонны, соединяющие верхний и нижний пояса и образующие совместно с ними рессорный проем. Нижний пояс включает в себя четыре внутренних боковых ребра и одно центральное ребро. В нижней части проема расположена опорная площадка, сопряженная с вертикальными колоннами по радиусным переходам. Внутренние боковые ребра выполнены таким образом, что заканчиваются в наклонных поясах и снабжены цилиндрическими выступами с внешней стороны, треугольными выступами и вертикальными ребрами жесткости с внутренней стороны. Достигается повышение прочности и долговечности боковой рамы. 4 ил.

Способ термической обработки крупногабаритных литых деталей тележек грузовых вагонов // 2631781

Изобретение относится к области металлургии, а именно к термической обработке литых боковых рам или надрессорных балок тележек грузовых вагонов из низкоуглеродистых сталей Для повышения усталостной прочности детали и сопротивления разрушению при циклическом нагружении деталь из стали 20ГЛ нагревают до температуры, не превышающей Ac3+150°C, с выдержкой в течение 30-120 мин, затем перемещают её в защитном кожухе в закалочное устройство за время, не превышающее 5 мин. Охлаждение в закалочном устройстве ведут быстродвижущимся потоком охлаждающей жидкости под давлением 1-5 атм в течение 2-20 мин в две фазы, сначала в течение 5-10 сек деталь охлаждают равномерно объемом воды 3-10 м3, а затем объемом воды 9-30 м3 с охлаждением наиболее ответственных мест детали объемом воды, на 10-50% большим упомянутого объема. Под наиболее ответственными местами детали понимаются места, наиболее часто подверженные разрушению при эксплуатации под действием усталостных нагрузок. Для боковых рам тележек вагонов такими местами являются области буксовых проемов, особенно области внутреннего и наружного радиусов R55. 3 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл.

Способ термической обработки литых деталей из низкоуглеродистых легированных сталей // 2639082

Изобретение относится к области металлургии, в частности к термической обработке литых деталей железнодорожного подвижного состава в виде боковых рам тележек грузовых вагонов, изготовленных из сталей марок: 20 ГЛ, 20 ГФЛ, 20 ГТЛ. Для повышения усталостной прочности детали, снижения образования трещин и увеличения долговечности литую деталь нагревают в интервале температур от Ас3 до Ас3+100°С, выдерживают в течение 60-90 мин, затем перемещают деталь в термосе в закалочное устройство, в котором осуществляют охлаждение в два этапа, причем сначала поверхность детали интенсивно охлаждают с температуры Ас3 в течение 0,5 с со скоростью 890-1180°С/с до температуры окончания мартенситного превращения (Мк) путем объемного душирования дисперсной водовоздушной смесью, а затем - струями воды до температуры не более 200°С в течение 8-10 мин с обеспечением снижения скорости охлаждения наиболее нагруженных в эксплуатации мест деталей в 8-10 раз по сравнению с остальными частями изделия. 1 пр.

Скользун опорный // 2646213

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к опорным скользунам тележек грузовых вагонов. Скользун содержит корпус со стеновой конструкцией, крышку и упругодеформируемый элемент. Крышка установлена с возможностью в целом коаксиального перемещения относительно указанного корпуса и имеет в целом плоскую поверхность с выходящей из нее стеновой конструкцией. Упругодеформируемый элемент размещен в полости, образованной корпусом и крышкой в их рабочем сочетании, и выполнен с центральным сквозным отверстием, расположенным вдоль направления его сжатия. Плоская поверхность крышки и основание корпуса снабжены направляющими, расположенными в центральном сквозном отверстии упругодеформируемого элемента. Свободные концевые части направляющих имеют выпуклую относительно наружной поверхности направляющих форму. Достигается повышение надежности и увеличение срока эксплуатации опорного скользуна. 15 з.п. ф-лы, 14 ил.