Тележка грузового вагона с клиновым гасителем колебаний
Полезная модель относится к подвижному составу железнодорожного транспорта и касается конструкций двухосных тележек с клиновым гасителем колебаний для грузового подвижного состава. Обеспечение эффективности демпфирования колебаний рессорного подвешивания, снижение интенсивности износа поверхностей в клиновом механизме трения и более длительный межремонтный ресурс эксплуатации тележки достигается увеличением длины фрикционной планки, снижением разброса сил пружин, действующих на клинья, и соответствующим легирование материала. 1 з.п.ф. 1 илл.
Полезная модель относится к подвижному составу железнодорожного транспорта и может быть использована в конструкциях двухосных тележек с клиновым гасителем колебаний для грузовых вагонов.
В тележках грузовых вагонов широко применяется рессорное подвешивание, осуществляющее функции демпфера, воспринимающего вертикальные и горизонтальные нагрузки (статические и динамические) от кузова вагона и передающего их на раму тележки. Для того чтобы вагон соответствовал заданным параметрам при требуемых скоростях такие упругие и фрикционные узлы тележки должны обладать определенными характеристиками. Рессорное подвешивание включает в себя фрикционные гасители колебаний и комплекты пружин.
Поэтому в тележках грузовых вагонов надрессорная балка опирается своими концами на две боковые рамы через комплекты пружин, располагаемых в рессорном проеме в центре указанных рам, и две пары подпружиненных фрикционных клиньев, которые и формируют гаситель колебаний. При движении вагона клин фрикционного гасителя колебаний совершает возвратно-поступательные перемещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Гашения колебаний происходит за счет трения, развиваемого между вертикальными поверхностями клиньев и фрикционной планкой боковой рамы. На параметры этого процесса эксплуатацией наложены определенные рамки, изложенные в соответствующих инструкциях. Это касается в частности коэффициента относительного трения между взаимодействующими поверхностями и допустимых величин зазоров при износе. Следствием увеличения зазоров в сопряжениях является увеличение динамических нагрузок, что больше увеличивает износ. Кроме того, указанные клинья совместно с пружинами оказывают сопротивление продольному относительному смещению боковых рам (Вагоны / Под ред. Л.А.Шадура. - М.: Транспорт, 1980. - 439 с.). Длина вертикальной поверхности клиньев зависит от их конструкции. Такой гаситель колебаний привносит в тележку некоторые свои недостатки, наряду с имеющимися в конструкции тележки. Прежде всего, это неравномерный износ фрикционного узла при динамических колебаниях, чаще всего характеризующийся потерей размеров. При этом неравномерность проявляется как в плоскости, так и по глубине. Кроме того, здесь может сказываться и различие в силах, действующих на фрикционные клинья со стороны пружин в одном рессорном комплекте.
Это приводит к приложению вращательного момента к балке, искажая ее положение или ее воздействие на сопряженные детали, и в конечном итоге к неодинаковым условиям эксплуатации взаимодействующих в тележке узлов.
При изготовлении фрикционного узла тележки также предлагаются различные подходы. Известен ряд решений, в которых фрикционные свойства меняются по площади или толщине сопряженных элементов. Например, предлагается фрикционный узел, в котором клин имеет удлиненную вертикальную поверхность взаимодействующую с фрикционной планкой боковой рамы (пат. RU 
2101205, B61F 5/12, от 18.04.1996). При этом эти элементы имеют значения коэффициентов трения, изменяющимися по величине на разных участках клина (до 0,6). Это не соответствует требованиям нормативов, требующих для исключения заклинивания ограничиться величиной относительного трения в 0,2. Кроме того, для этих целей необходима короткая по длине фрикционная планка. Другое решение предлагает использование материала с разным коэффициентом трения по толщине (пат. RU 2065098, F16F 3/08, от 13.10.1992) Однако предлагаемое решение не учитывают неравномерность износа плоских поверхностей трения. Кроме того, понятно, что на клине может быть установлена своя фрикционная накладка, которая взаимодействует с вертикальной фрикционной планкой боковой рамы (пат. RU 2377151, B61F 5/12, от 23.03.2007). На наклонной поверхности клина при этом устанавливается упругая эластомерная накладка. Корпус клина при этом может изготавливаться из менее дорогого материала.
Известна также тележка подвижного состава железных дорог, взятая за прототип, содержащая надрессорную балку, которая опирается на боковые рамы через пружины рессорного подвешивания, при этом часть пружин связана с надрессорной балкой через клинья для создания продольных сил нажатия на фрикционные планки, закрепленные на упорных поверхностях боковых рам (П.М. 16482, B61F 5/00, от 26.06.2000). При этом, используются пружины разной длины для выравнивания коэффициента относительного трения во фрикционных узлах порожнего и груженого вагона. Утверждается, что применение такой конструкции тележки позволяет улучшить динамические качества вагона при движении и решает проблему стабилизации величины сил сухого трения во фрикционной паре «клин-планка».
Недостатком указанной конструкции тележки является то, что в качестве параметра для подклиновых пружин взята высота пружин. В тоже время, для пружин возможен разброс по силе из-за разной жесткости, разной силовой характеристике пружин. Поэтому из-за трения возможен разный износ в параллельных фрикционных узлах рессорного комплекта. Кроме того, не исключает возможность наличия первоначально накопленного износа поверхностей клиньев и фрикционных планок. Важным моментом можно назвать отсутствие запаса в длине фрикционной планки, который бы компенсировал разгрузку одного из рессорных комплектов при движении в кривых, как порожнего вагона, так и груженого и оставлял вертикальную поверхность клина в пределах фрикционной планки. Кроме того, состав материала используемого в конструкции клина такой тележки не совсем отвечает требованиям к нему по износостойкости.
Поэтому имеется необходимость в какой-то мере обозначить и устранить указанные выше недочеты, а также добиться повышения надежности тележки за счет более долговечной конструкции клинового гасителя колебаний.
Техническим результатом предлагаемого решения является обеспечение эффективности демпфирования колебаний рессорного подвешивания, снижение интенсивности износа контактирующих поверхностей в клиновом механизме трения и более длительный межремонтный ресурс эксплуатации тележки.
Технический результат достигается тем, что в тележке грузового вагона с клиновым гасителем колебаний, включающей надрессорную балку, опирающуюся через комплект пружин на две боковые рамы, часть пружин которого поддерживают балку через фрикционные клинья, которые расположены между наклонным пазом в надрессорной балке и вертикальной фрикционной планкой боковой рамы, длина указанной планки выбирается такой, что превышает диапазон возможных перемещений соответствующей поверхности клина, а силы пружин, действующих на указанные пары клиньев боковой рамы равны или отличаются на заданную величину во всем диапазоне возможных перемещений и допустимых величин износа.
Кроме того, в тележке грузового вагона указанный клин выполнен из чугуна легированного комбинацией из олова, меди, никеля и хрома
При этом, в тележке грузового вагона указанный клин выполнен из чугуна содержащего, например, олово до 1%, медь до 2%, а также никель и хром до 0,3%.
Кроме того, в тележке грузового вагона фрикционный клин выполнен из чугуна отвечающего требованиям по трению к указанному изделию.
Кроме того, в тележке грузового вагона фрикционная планка выполнена за счет соответствующей обработки таким образом, что коэффициент трения изменяется но заданному закону, например, максимален в верхней части и имеет меньшее значение в нижней части.
Диапазон перемещений клина должен включать в себя не только груженное и порожнее состояние, но и весь диапазон динамических колебаний вокруг этих положений клина относительно фрикционной планки. В эти положения могут входить и положения с кратковременной обезгруженностью рессорного комплекта или наоборот, положение полностью сжатого рессорного комплекта. Тогда клин будет выполнять возложенную на него функцию гашения колебаний. Кроме того, для улучшения симметричной работы клиньев в рессорном комплекте на силы, действующие на них со стороны пружин, должно быть наложено условие максимальной близости или отличия не более чем на заданную величину во всем диапазоне перемещений. Тогда это обеспечит требуемый режим работы фрикционных клиньев при разнообразных условиях эксплуатации.
Сущность предлагаемых усовершенствований поясняется чертежом, где показан вариант конструктивного исполнения: на фиг.1а и 1б,. На фиг.1а изображена тележка, где надрессорная балка опирается на боковую раму через комплект пружин с клиновым гасителем колебаний.
- на фиг.1б показана конфигурация клинового гасителя колебаний, рядом с которой схематично показаны силы, действующие в одном из положений.
Двухосная тележка с клиновым гасителем колебаний для грузового вагона содержит боковую раму 1 (фиг.1a), которая опирается каждым концом на оси колесной пары, надрессорную балку 3, которая опирается на указанную раму через цилиндрические пружины 5 и пару подпружиненных фрикционных клиньев 4. Фрикционный клин 4 наклонной поверхностью входит в соответствующий паз в надрессорной балке 3. Его вертикальная плоскость сопрягается с поверхностью фрикционной планки, длина которой обозначена как L. При этом длина указанной планки больше длины вертикальной поверхности клина на величину, достаточную, для того чтобы перекрыть все возможные эксплуатационные перемещения указанного клина 4, в том числе при возможных горизонтальных перекосах надрессорной балки. Кроме того, эта длина учитывает размеры вертикальных поверхностей удлиненных по этому параметру клиньев. Схематично на вставке показаны силы давления на поверхности клина от надрессорной балки FN, фрикционной планки боковой рамы FC и действующей снизу силы сжатой пружины Fпр. В то же время указаны силы трения F, возникающие вдоль соприкасающихся поверхностей при выбранном направлении колебательного движения клина.
Двухосная тележка грузового вагона с клиновым гасителем колебаний для грузового вагона работает следующим образом.
При движении вагона вертикальные и горизонтальные нагрузки от кузова вагона передаются на надрессорную балку 1, от которой через пружины 3 и подпружиненные фрикционные клинья 4 передаются на боковые рамы 2.
При возникновении колебаний, сдвигающих клинья относительно фрикционной планки, их перемещение при любой загрузке не должно приводить к выходу за габариты L указанной планки, чтобы не изменялись площади контакта, а следовательно и силы трения. Это будет способствовать эффективному гашению колебаний. Указанные силы также будут зависеть от равенства сил, прикладываемых к клиньям как одного проема боковой рамы, так и другого. Для поддержания такого равенства необходимо подклиновые пружины подобрать таким образом, чтобы при любом уровне сжатия их воздействие (Fпр на схеме) на клинья были равны, или, по крайней мере, близки с заданной погрешностью измерений. Неравенство этих сил может привести к неравномерному износу контактирующих поверхностей фрикционного узла, и не исключено другое влияние на элементы тележки. В указанной тележке грузового вагона фрикционный клип изготовлен из чугуна легированного комбинацией из олова, меди, никеля и хрома. При этом, если говорить о составе более подробно, в тележке грузового вагона указанный клин выполнен из чугуна содержащего, например, олово до 1%, медь до 2%, а также никель и хром до 0,3%. То есть, состав выбирался таким, чтобы удовлетворять как требования к клину по трению, так и по износостойкости.
Наряду с этим важным моментом является снижение амплитуды динамических колебаний на фрикционных поверхностях при различной загрузке вагона. Это может быть достигнуто изменяющимся по параметру L коэффициентом трения, например, вверху выше, чем снизу на фрикционной планке. Это может быть достигнуто путем ее соответствующей обработки, которая может дать и заданный разброс по глубине для коэффициента трения сопряженных деталей фрикционных узлов.
Таким образом, предлагаемые решения позволят получить более долговечную конструкцию клинового гасителя колебаний, повышающего надежность тележки. Предложенные усовершенствования были включены в техническое задание и конструкторскую документацию для проведения испытаний.
1. Тележка грузового вагона с клиновым гасителем колебаний, включающая надрессорную балку, опирающуюся на две боковые рамы через комплект пружин, часть пружин которого поддерживают балку через фрикционные клинья, которые расположены между наклонным пазом в надрессорной балке и вертикальной фрикционной планкой боковой рамы, отличающаяся тем, что длина указанной планки превышает диапазон возможных перемещений соответствующей поверхности клина, а силы пружин, действующих на указанные пары клиньев боковой рамы равны или отличаются не более чем на заданную величину во всем диапазоне возможных перемещений и допустимых величин износа.
2. Тележка грузового вагона по п.1, отличающаяся тем, что фрикционный клин выполнен из чугуна, обеспечивающего заданные параметры гашения колебаний, с его легированием комбинацией из олова, меди, никеля и хрома.
