RO111047B1 - Ansamblu de cupla rotativa, pentru un vehicul de cale ferata - Google Patents

Description

Invenția se referă la o cuplă de vagon de cale ferată și, în special, la o cuplă rotativă, utilizată atât pentru tracțiunea vagoanelor, cât și la descărcarea acestora prin basculare lungitudinală.

Se cunosc elemente de cuplare a vagoanelor de cale ferată, și anume, bare de tracțiune sau cuple. Barele de tracțiune reprezintă ansambluri realizate dintr-o singură bucată care, în industria căilor ferate, se montează între două vagoane, pe care le leagă permanent unul de altul. Cuplele sunt ansambluri independente, la fiecare vagon având rolul de a se uni una de alta, formând o legătură între vagoane. în toate cazurile, cuplele au în alcătuire un corp cu un capăt îngroșat al barei de tracțiune sau o cuplă ce pătrunde într-un suport central al vagonului unde este fixat pentru a transmite sarcini ( forțe ) longitudinale vagonului.

Cuplele rotative permit ca o serie de produse, cum ar fi minereurile, cerealele boabe, fosfații, și alte materiale în vrac să fie descărcate prin rotirea individuală în jurul axei longitudinale a fiecărui vagon, în timp ce vagonul rămâne legat de vagonul vecin.

Cuplele rotative care se folosesc, în mod curent, la bascularea vagoanelor prezintă nște suprafțe de trecere, care cuprind racordări radiale, ce se extind între corpul și capul îngroșat al cuplei, atât la partea superioară, cât și la partea inferioară a acesteia.

□ dată cu introducerea trenurilor de mare viteză și cu capacitate mare de încărcare, au crescut considerabil foțele care aționează asupra cuplelor.

Cuplele actuale, folosite la vagoanele de cale ferată, prezintă dezavantajul că, în condții de viteză ridicată și în prezeța unor sarcini mari, formează fisuri prin fenomene de oboseală a materialului în zonele de racordare radială, dintre corpul și capul îngroșat al cuplei. Dacă aceste frisuri cresc prea mult, cupla se poate rupe provocând distrugerea legăturii.

Un alt dezavantaj al acestor cuple constă în aceea că atunci când cupla este solicitată în plan vertical și în plan orizontal, în interiorul suportului central, se manifestă o acumulare de metal datorate deformărilor între cuplă și furcă, în zonele de racordare radială dintre corpul și capul îngroșat al cuplei. Dacă această acumulare de metal este prea mare, se produce un moment încovoietor, nedorit, care poate da naștere unor eforturi mai mari, făcând posibilă aparția unor fisuri prin femomenul de oboseală sau chiar distrugerea cuplei.

Problema tehnică, pe care o rezolvă inveția de față, constă în îmbunățirea caracteristicii de elasticitate a cuplei rotative. în vederea măririi rezisteței la oboseală a materialului cuplei.

Ansamblul de cuplă rotativă, conform invenției, cuprinde o porțiune situata între capul terminal și porțiunea de corp reprezentând o racordare compusă cu rază variabilă care crește cu creșterea distanței față de corpul de împingere, fiind alcătuită dintr-o primă racordare parabolică, ce se află între un perete superior al porțiunii de corp și o porțiune superioară, sferică de umăr, precum și o a doua racordare parabolică, ce se află între un perete inferior al porțiunii de corp și o porțiune inferioară, sferică, de umăr, porțiunile respective de umăr, sferice, ale capului de împingere, corespunzând unor suprafețe perechi de pe porțiunile cu locașuri ale furcii de cuplă; racordarea parabolică reprezentând o degajare situată sub nivelul suprafeței peretelui superior al corpului cuplei și totodată reprezentând o degajare în suprafața exterioară a capătului îngroșat al corpului de împingere al cuplei și reprezintă, de asemenea, degajări în porțiunile, sferice, de umăr, superioară și de umăr, inferioară, ale capătului îngroșat al corpului de împingere și ale peretelui superior și peretelui inferior, ale porțiunii de corp al cuplei.

Prin aplicarea inveției, se oțin următoarele avantaje:

- distribuirea eforturilor se face pe o suprafață mai mare;

- se reduce concentrarea efor tarilor;

- se reduce probabilitatea de producere a fisurilor;

- se reduce posibilitate de distrugere a cuplei.

în cele ce urmează, se dă un exemplu de realizare a ansamblului de cuplă rotativă pentru vehicule de cale ferată, în legătură și cu fig. 14-5, care reprezintă:

-fig. 1, vedere cu sețiune pațială, în plan vertical, pe direție longitudinală a cuplei rotative;

- fig. 2, vedere cu sețiune pațială după planul de seține l-l , prin cupla rotativă din fig. 1;

- fig. 3, vedere pațială la scară mărită a zonei de racordare radială dintre capul de împingere c și poțiunea de corp 19 din fig. 1, dar al unui element de cuplă din stadiul cunoscut al tehnicii;

- fig. 4, vedere pațială la scară mărită a zonei de racordare din fig. 1 cuprinsă între capul de împingere c și poțiunea de corp 19, prezentată comparativ cu racordarea radială (punctată) din fig. 3;

- fig. 5. diagrama aproximativă a unei curbe parabolice de racordare, conform unei variante preferate de realizare.

Ansamblu de cuplă rotativă, pentru un vehicul de cale ferată, conform inveției, cuprinde un element de cuplare

A, care pătrunde între o piesă de capăt

B, deschisă, ce apaține unui suport central C fixat, pe direție longitudinală, sub un vagon de cale ferată (nefigurat). Suportul central C are o construție obșnuită, el fiind alcătuit dintr-un element D, sub forma unei bare cu profil U, inversat, care prezintă un perete superior 1, niște perți laterali 2, 3 și niște flanșe 4, 5 răsfrânte către exterior, într-o parte inferioară a, deschisă.

în piesa de capăt B se află o furcă de cuplă E prevăzută cu un perete inferior 7 și un perete supereior 8.

Această piesă de capat B este montată in suportul central C, pe o placă de suținere 9 și o piesă de sprijin 10, aceste ultime două piese fiind fixate pe flanșele 4, 5 ale suportului central C.

în interiorul piesei de capat B a suportului central C, este montat un ansamblu de izbire F, alcătuit dintr-un perete superior 11 și niște pereți laterali 12. 13 care se prelungesc către partea posterioară și se termină cu o îngroșare a peretelui, în apropierea unor opritori 14, respectiv 15.

O față sferică b, de pe un corp de împingere c al elementului de cuplare A, se fixează în dreptul unei alte fțe sferice d, pereche a unei piese de culisare 16. Piesa de culisare 16 este pozționată între peretele inferior 7 și peretele superior 8 al furcii de cuplă E, precum și între perții laterali 2, 3 ai suportului central C. Piesa de culisare 16 este meținută, de asemenea, în fța opritoarelor 14, 15 ale ansamblului de izbire F de o roată de tragere (nefigurata).

în partea frontală e a furcii de cuplă E, se află o deschidere f care este în legătură cu o cavitate g unde pătrunde capul îngroșat al corpului de împingere c al elementului de cuplare A. Această deschidere f se extinde de la latura 7, până la cealaltă latură 8. în conseciță, dimensiunea alungită a capului corpului de împingere c al elementului de cuplare A, se aliniază cu dimensiunea alungită a deschiderii f și trecând prin această deschidere f. pătrunde în cavitatea g a furcii de cuplă E. După ce capul corpului de împingere c trece de deschiderea f, el se rotește cu 90°, astfel încât dimensiunea lui alungită nu mai este aliniată cu dimensiunea alungită a deschiderii f, iar niște pene de reținere 17, 18 pătrund în niște degajări h, i pentru a opri capul corpului de împiungere c să mai iasă din cavitatea g a furcii de cuplă E, în timpul rotirii.

Peretele inferior 7 și peretele superior 8, ai furcii de cuplă E, au grosimea crescătoare în partea frontală e a furcii de cuplă E și sunt prevăzți cu niște locașuri j, k , în care pătrund niște umeri I, m de pe capul îngroșat al corpului de împingere c pentru a centra acest cap îngroșat în suportul central C și a transfera sarsinile de tragere ale elementului de cuplare A, direct la piesă culisantă 16 care transferă sarcina la o roată de tragere (nefigurată), pentru a fi trecute către suportul central C. Umerii I și m ai corpului de împingere c și locașurile j, k ale furcii de cuplă E sunt prevăzute cu niște suprafețe sferice, care împreună cu fțele sferice b, d ale corpului de împingere c, respectiv ale piesei culisante 16, permit înclinarea în plan orizontal și în plan vertical a elementului de cuplare A în interiorul suportului central C.

Elementul de cuplare A mai este prevăzut și cu un cap terminal G, care are rolul de a face legătură cu un alt cap de cuplă (nefigurat) și o poțiune de corp 19 situată între corpul de împingere c și capul terminal G al ementului de cuplare A. Poțiunea de corp 19 este prevăzută cu un perete inferior n, un perete superior o și niște pereți laterali p, r. între peretele inferior n și umărul I rotunjit, precum și între peretele superior o și umărul m rotunjit sferic sunt prevăzute niște racorduri a respectiv t.

în stadiul anterior al tehnicii, aceste zone de racordare sunt realizate cu rază constructivă. în fig. 3, se prezintă la scară mărită o zonă de racordare u, din stadiul cunoscut al tehnicii, care se extinde între un perete superior v al unui corp de cuplă 20 și un umăr w sferic, superior al unui corp de împingere x al cuplei. S-a constatat că, în această zonă de racordare u, se formează fisuri provocate prin fenomene de oboseală a materialului.

în fig. 4, se prezintă la scară mărită, o zonă de racordare, care se extinde de la peretele superior o al porțiunii de corp 19, până la umărul m al corpului de împingere c al elementului de cuplare A. Trebuie să se înțeleagă că profilele zonelor de racordare de la racordurile parabolice s și t sunt similare.

Racordarea radială constantă a fost înlocuită cu o racordare parabolică, cu rază variabilă care crește cu creșterea distanței de la umărul m al corpului de împingere c. Profilul construcției din stadiul cunoscut este prezentat , în fig. 4, printr-o linie întreruptă pentru a ilustra modificările ce au intervenit în profilul construcției îmbunătățite.

Substituirea zonei de racordare u radiale, prin racordarea parabolică t reduce în mare măsură concentrarea eforturilor, în zona dintre peretele superior o al porțiunii de corp 19 și umărul m rotunjit al corpului de împingere c prin distribuirea sarcinii, pe o suprafață cu o curbură mai lină și mai lungă, care se extinde pe lungimea întregii curbe parabolice, în locul racordării radiale simple, al profilului construcției din stadiul cunoscut al tehnicii. Această reducere a concentrării eforturilor reduce și probabilitatea de formare a fisurilor prin fenomene de oboseală în porțiunea dintre porțiunea de corp 19 și corpul de împingere c.

S-a făcut o comparație la solicitarea statică, între construcția înbunătățită și construcția clasică, din stadiul cunoscut al tehnicii. în condițiile unei solicitări axiale, la întindere, în care s-au efectuat 300 de basculări (Kips), s-a constatat că varianta înbunătățită a asigurat o reducere medie a eforturilor de aproximativ 30% față de costrucția clasică din stadiul cunoscut al tehnicii, în zona de racordare, situată între porțiunea de corp 19 și corpul de înpingere c. Aceste rezultate pun în evidență faptul că varianta constructivă înbunătățită, conform prezentei invenții, va asigura o rezistență sporită la oboseală.

La racordasrea parabolică t și s are loc o degajare în zona peretelui superior o a porțiunii de corp 19 și în zona corpului de împingere c, fapt care elimină posibilitatea de a adăuga un moment încovoietor, nedorit și deci eforturi mai mari când elementul de cuplare A al cuplei capătă o poziție înclinată, în furca de cuplă E.

Racordarea parabolică este preferată și datorită faptului că presupune un înveliș cu spațiu mic de-a lungul axelor x și y așa cum se poate vedea în fig. 4. Distanța de pe axa y nu poate fi mărită prea mult față de construcția din stadiul cunoscut al tehnicii, deoarece racordarea nu poate fi extinsă oricât în sus în umărul m, al corpului de împingere c care se află în strânsă legătură cu porțiunea locașului k al furcii de cuplă E. O asemenea extindere a racordării ar avea ca urmare o pierdere a interschimbabilității cu furcile actuale. Distanța de-a lungul axei y poate fi mărită ușor la baza de degajare a peretelui superior o al porțiunii de corp 19, așa cum se arată în fig. 4. Totuși, distanța de-a lungul axei x este mai mare la construcția îmbunătățită, deoarece racordarea parabolică se extinde mai departe pe peretele superior o al porțiunii de corp 19 a elementului de cuplă A în direcția capului terminal G.

Pentru a construi un profil cu o racordare parabolică t, distanțele de pe acelaș umăr I sau m sunt împărțite în segmente, numerotate de la 1 la 7, de sus în jos și de la stânga la dreapta, pe axele x și respectiv y, după cum se vede în fig. 5. Apoi, punctele cu același număr se unesc prin linii drepte, care dau naștere la o desfășurătoare, cu rază treptat crescătoare, formând aproximativ o curbă parabolică.

Racordarea parabolică t poate fi construită și cu ajutorul ecuației )/=2^] plasând originea parabolei într-un punct unde umărul m întâlnește racordarea parabolică t, după cum se poate vedea în fig. 4. Constanta f din ecuația parabolei se alege în concordanță cu limitele de spațiu x și y pentru porțiunea de corp 19 dat și trecerea la corpul de împingere c.

Racordarea cu traseu parabolic este preferată, însă reducerea concentrării eforturilor poate fi obținută și cu alte curbe compuse cum ar fi elipsa sau curba lănțișorului.

Claims (5)

1. Revendicări

   1. Ansamblu de cuplă rotativă, pentru un vehicul de cale ferată, ce cuprinde un element rotativ de cuplare, care este montat într-o furcă dintr-un suport central al vehiculului, acest element rotativ fiind prevăzut cu un cap terminal, caracterizat prin aceea că o porțiune situată între capul terminal (G) și porțiunea de corp (19) reprezintă o racordare compusă, cu rază variabilă, care crește cu creșterea distanței față de corpul de împingere (c) fiind alcătuită dintr-o primă racordare parabolică (t), ce se află între un perete superior (o) al porțiunii de corp (19) și o porțiune superioară, sferică, de umăr (m), precum și o a doua racordare parabolică (a) ce se află între un perete inferior (n) al porțiunii de corp (19) și o porțiune inferioară, sferică, de umăr (I), porțiunile respective de umăr (m, I), sferice, ale capului de împingere (c) corespunzând unor suprafețe perechi de pe porțiunile cu locașuri (j, k) ale furcii de cuplă (E).
2. 2. Ansamblu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că racordarea parabolică (a, t) reprezintă o degajare situată sub nivelul suprafeței peretelui superior (o) a corpului (19) cuplei (A).
3. 3. Ansamblu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că racordarea parabolică (a, t) reprezintă o degajare în suprafața exterioară a capătului îngroșat al corpului de împingere (c), al cuplei (A).
4. 4. Ansamblu conform revendicărilor 2 și 3, caracterizat prin aceea că racordările parabolice (a, t) reprezintă degajări în porțiunile sferice de umăr (m) superioară și umăr (I) inferioară, ale capătului îngroșat al corpului de împingere (c) și ale peretelui superior (o) și peretelui inferior (n), ale porțiunii de corp (19) al cuplei (A).
5. 5. Ansamblu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că racordarea parabolică (a, t) într-o variantă de realizare are un profil care poate reprezenta aproximativ o curbă parabolică, o curbă eliptică sau curba lănțișorului.