RU220570U1

RU220570U1 - Наружная пружина для рессорного подвешивания трехосной тележки железнодорожного вагона

Info

Publication number: RU220570U1
Application number: RU2023117731U
Authority: RU
Inventors: Андрей Леонидович Ставский; Алексей Александрович Шмыгин; Георгий Дмитриевич Письмаров
Original assignee: Акционерное общество "Рузаевский завод химического машиностроения" (АО "Рузхиммаш")
Filing date: 2023-07-05
Publication date: 2023-09-22

Abstract

Заявляемая полезная модель относится к железнодорожному транспорту, имеет отношение к рессорному подвешиванию трехосных тележек грузовых вагонов и относится к наружным пружинам рессорного комплекта. Технический результат решается выбором величины среднего диаметра (D) наружной пружины для рессорного подвешивания, находящегося в диапазоне от 177,5 мм до 182,5 мм, и величины диаметра (d) прутка наружной пружины для рессорного подвешивания, равной 40 мм, устанавливаемой в рессорном подвешивании под надрессорную балку, которые позволят создать конструкцию наружной пружины в трехосной тележке железнодорожного вагона с расчетной статической осевой нагрузкой, находящейся в интервале от 27 тс до 30 тс, сохранит эксплуатационные свойства и не разрушится. Наружная пружина для рессорного подвешивания трехосной тележки железнодорожного вагона, являющаяся витой цилиндрической с рабочими и опорными витками, отличающаяся тем, что средний диаметр пружины находится в интервале от 177,5 мм до 182,5 мм, а ее индекс (С), определяемый как отношение среднего диаметра (D) пружины к диаметру (d) прутка пружины, находится в интервале от 4,4375 до 4,5625, при этом пружина выполнена с возможностью использования в трехосных тележках при расчетной статической осевой нагрузке, находящейся в интервале от 27 тс до 30 тс. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Заявляемая полезная модель относится к железнодорожному транспорту, имеет отношение к рессорному подвешиванию трехосных тележек грузовых вагонов и относится к наружным пружинам рессорного комплекта.

Из уровня техники известна конструкция пружины для рессорного подвешивания, наружная, витая цилиндрическая, с рабочими и опорными витками, имеющая число рабочих витков 3,8-4,0, причем ее индекс, определяемый как отношение среднего диаметра пружины к диаметру прутка пружины, составляет 6,000-6,444 (см. RU 161329, F16F 1/06, опубл. 20.04.2016).

Недостатком данной пружины является потеря эксплуатационных свойств пружины при ее эксплуатации в трехосной тележке грузового вагона с расчетной статической осевой нагрузкой, находящейся в интервале от 27 тс до 30 тс. Данный вывод следует из того, что ее индекс, определяемый как отношение среднего диаметра пружины к диаметру прутка пружины и находящийся в интервале 6,000-6,444, предполагает наличие у данной пружины величины диаметра прутка менее 40 мм, либо средний диаметр пружины более 180 мм. Расчетным методом установлено, что при применении в трехосной тележке грузового вагона с расчетной статической осевой нагрузкой, находящейся в интервале от 27 тс до 30 тс, в наружной пружине с вышеуказанными геометрическими размерами произойдет касание витков и дальнейшее ее разрушение, что указывает на низкую прочность пружины. В случае излома пружины, рессорное подвешивание потеряет свою рабочую демпфирующую способность, что при эксплуатации неблагоприятно скажется на тележке и на железнодорожном вагоне в целом. Кроме того, разрушение пружины при ее эксплуатации может привести к аварийной ситуации, вплоть до схода железнодорожного подвижного состава.

Из уровня техники известна наружная пружина для рессорного подвешивания, витая цилиндрическая с рабочими и опорными витками, имеющая число рабочих витков 3,75, выполненная из пружинной марки стали, при этом ее индекс (С_н), определяемый как отношение среднего диаметра пружины (D_н)=173 мм к диаметру прутка пружины (d_н)=29 мм, составляет 5,966 (см. RU 181833, F16F 1/06, опубл. 26.07.2018).

Недостатком данной пружины является то, что она потеряет свои эксплуатационные свойства при эксплуатации в трехосной тележке грузового вагона с расчетной статической осевой нагрузкой, находящейся в интервале от 27 тс до 30 тс. Данный вывод следует из того, что ее индекс, определяемый как отношение среднего диаметра пружины к диаметру прутка пружины и равный 5,966, предполагает наличие у данной пружины величины диаметра прутка пружины менее 40 мм, либо средний диаметр пружины более 180 мм. Опытным путем установлено, что при применении в трехосной тележке грузового вагона с расчетной статической осевой нагрузкой, находящейся в интервале от 27 тс до 30 тс, в наружной пружине трехосной тележки железнодорожного вагона с вышеуказанными геометрическими размерами произойдет касание витков и дальнейшее ее разрушение, что указывает на низкую прочность пружины. В случае излома пружины рессорное подвешивание потеряет свою рабочую демпфирующую способность, что при эксплуатации неблагоприятно сказывается на тележке и на железнодорожном вагоне в целом. Кроме того, разрушение пружины при ее эксплуатации может привести к аварийной ситуации, вплоть до схода железнодорожного подвижного состава.

Данное техническое решение принято за прототип.

Технической проблемой является разработка конструкции наружной пружины для рессорного подвешивания, лишенной вышеприведенного недостатка.

Технический результат решается выбором величины среднего диаметра (D) наружной пружины для рессорного подвешивания, находящегося в диапазоне от 177,5 мм до 182,5 мм, и величины диаметра (d) прутка наружной пружины для рессорного подвешивания, равной 40 мм, устанавливаемой в рессорном подвешивании под надрессорную балку, которые позволят создать конструкцию наружной пружины в трехосной тележке железнодорожного вагона с расчетной статической осевой нагрузкой, находящейся в интервале от 27 тс до 30 тс, сохранит эксплуатационные свойства и не разрушится.

Технический результат достигается за счет того, что наружная пружина для рессорного подвешивания трехосной тележки железнодорожного вагона является витой цилиндрической с рабочими и опорными витками, имеет средний диаметр пружины, находящийся в интервале от 177,5 мм до 182,5 мм, а ее индекс (С), определяемый как отношение среднего диаметра (D) пружины к диаметру (d) прутка пружины, находится в интервале от 4,4375 до 4,5625, при этом пружина выполнена с возможностью использования в трехосных тележках с расчетной статической осевой нагрузкой, находящейся в интервале от 27 тс до 30 тс.

Наружная пружина для рессорного подвешивания трехосной тележки железнодорожного вагона может быть выполнена из пружинной стали марки 60С2ХФА.

Наружная пружина для рессорного подвешивания трехосной тележки железнодорожного вагона может быть выполнена из пружинной стали марки 60С2А.

Наружная пружина для рессорного подвешивания трехосной тележки железнодорожного вагона может быть выполнена из пружинной стали марки 55С2-3Б.

Заявляемая полезная модель поясняется фигурами.

На фиг. 1 показан разрез наружной пружины для рессорного подвешивания.

Позиции на фигуре:

1 - наружная пружина.

Ниже представлен расчет силы (F), сжимающей пружину наружную 1 для рессорного подвешивания от высоты (ℓ ₀ ) до высоты (ℓ _i ). Силу (F), сжимающую пружину наружную 1 для рессорного подвешивания, рассчитывают по следующей формуле:

где 0,001 - коэффициент для приведения жесткости (кН/м) к (кН/мм);

ℓ ₀ = 265 мм - номинальная высота наружной пружины 1 в свободном состоянии. Данная величина (ℓ ₀ ) подобрана опытным путем. Имея такую высоту в свободном состоянии, наружная пружина 1, будучи под максимальной нагрузкой не изломается и не деформируется;

ℓ _i (мм) - высота наружной пружины 1, сжатой нагрузкой (F) (кН);

C_В - вертикальная жесткость наружной пружины 1 при сжатии.

Вертикальная жесткость (C_В) наружной пружины 1 определяется по формуле

где G = 80000 МПа - модуль сдвига материала пружины 1;

d = 40 мм - диаметр прутка наружной пружины 1, выбранный опытным путем;

D - средний диаметр наружной пружины 1, находящийся в интервале от 177,5 мм до 182,5 мм;

n_Р = 3,74 - рабочее число витков наружной пружины 1.

Средний диаметр (D) пружины 1 рассчитан, исходя из:

наружного диаметра (D1) пружины 1, выбранного опытным путем и находящегося в интервале от 217,5 мм до 222,5 мм. Интервал от 217,5 мм до 222,5 мм подобран опытным путем и обусловлен наружным диаметром пружины 1, выбранным по номиналу и равным 220 мм и тем, что учтены допуски ±2,5 мм на номинальный наружный диаметр пружины 1;

внутреннего диаметра пружины 1, выбранного опытным путем и находящегося в интервале от 137,5 мм до 142,5 мм. Интервал от 137,5 мм до 142,5 мм подобран опытным путем и обусловлен внутренним диаметром наружной пружины 1, выбранным по номиналу и равным 140 мм и тем, что учтены допуски ±2,5 мм на номинальный внутренний диаметр наружной пружины 1.

Рабочее число витков (n_Р) наружной пружины 1 рассчитано в соответствии с ГОСТ 13765-86 «Пружины винтовые и цилиндрические сжатия и растяжения из стали круглого сечения» и с учетом:

применения в трехосной тележке грузового вагона с расчетной статической осевой нагрузкой, находящейся в интервале от 27 тс до 30 тс;

номинальной высоты (ℓ ₀ ) наружной пружины 1 в свободном состоянии, равной 265 мм;

величины рабочего хода наружной пружины 1, находящегося в диапазоне высоты наружной пружины 1 от высоты (ℓ _i ₂ ), равной 215 мм, до высоты (ℓ _i ₁ ), равной 254 мм, определенных опытным путем;

силы пружины 1 при предварительной деформации и силы пружины 1 при рабочей деформации, которые принимаются в зависимости от нагрузки пружины 1, и силы пружины 1 при максимальной деформации, которая уточняется по ГОСТ 13765-86 «Пружины винтовые и цилиндрические сжатия и растяжения из стали круглого сечения»;

жесткости одного витка наружной пружины 1, выбранной по ГОСТ 13765-86 «Пружины винтовые и цилиндрические сжатия и растяжения из стали круглого сечения».

Количество рабочих витков пружины 1 при расчетах вертикальной жесткости (С_В)принимается авторами равным 3,74 для всего диапазона значений среднего диаметра пружины 1, находящегося в интервале от 177,5 мм до 182,5 мм.

Рассчитаем вертикальную жесткость (С_В) наружной пружины 1 по формуле (2) при средних диаметрах наружной пружины 1: D ₁ = 177,5 мм, D ₂ = 180 мм и D ₃ = 182,5 мм. При расчете из интервала 177,5-182,5 мм выбраны крайние значения среднего диаметра и значение номинального среднего диаметра наружной пружины 1.

При D ₁ = 177,5 мм вертикальная жесткость наружной пружины 1 составляет С_В1=1223,977 кН/м.

При D ₂ = 180 мм вертикальная жесткость наружной пружины 1 составляет С_В2=1173,68 кН/м.

При D ₃ = 182,5 мм вертикальная жесткость наружной пружины 1 составляет С_В3=1126,107 кН/м.

Тогда сила (F), сжимающая пружину наружную 1 для рессорного подвешивания до высоты (ℓ _i ), при средних диаметрах пружины наружной 1: D ₁ = 177,5 мм, D ₂ = 180 мм и D ₃ = 182,5 мм, - рассчитывается по формуле (1).

Для высоты ℓ _i ₁ = 254 мм (ℓ _i ₁ - это высота наружной пружины 1 при предварительной деформации):

при D ₁ = 177,5 мм F₁=0,001 · (265-254) · 1223,977=13,46 кН;

при D ₂ = 180 мм F₂=0,001 · (265-254) · 1173,68 = 2,9 кН;

при D ₃ = 182,5 мм F₃=0,001 · (265-254) ·1126,107=12,39 кН.

Для высоты ℓ _i ₂ = 215 мм (ℓ _i ₂ - это высота наружной пружины 1 при рабочей деформации):

при D ₁ = 177,5 мм F₁=0,001 · (265-215) · 1223,977=61,20 кН;

при D ₂ = 180 мм F₂=0,001 · (265-215) · 1173,68 =58,7 кН;

при D ₃ = 182,5 мм F₃=0,001 · (265-215) · 1126,107=56,31 кН.

Для высоты ℓ _i ₃ = 209,6 мм (ℓ _i ₃ - это высота наружной пружины 1 при максимальной деформации):

при D ₂ = 180 мм F₁ =0,001 · (265 - 209,6) · 1173,68 =65,0 кН;

при D ₁ = 177,5 мм F₂=0,001 · (265 - 209,6) · 1223,977=67,81 кН;

при D ₃ = 182,5 мм F₃=0,001 · (265 - 209,6) · 1126,107=62,39 кН.

Таким образом, наружная пружина 1 с диаметром прутка (d) 40 мм, со средним диаметром (D) пружины 1, находящимся в диапазоне от 177,5 мм до 182,5 мм, при силе (F), сжимающей наружную пружину 1 более чем на 67,81 кН (при применения в трехосной тележке грузового вагона с расчетной статической осевой нагрузкой, находящейся в интервале от 27 тс до 30 тс) будет деформирована.

Индекс (С) определяемый как отношение среднего диаметра (D) наружной пружины 1 к диаметру (d) прутка наружной пружины 1 рассчитывают следующим образом. Средний диаметр (D) наружной пружины 1 находится в интервале от 177,5 мм до 182,5 мм, а диаметр (d) прутка пружины 1 равен 40 мм. Соответственно:

Получается, что индекс (С) находится в интервале от 4,4375 до 4,5625.

Наружная пружина 1 для рессорного подвешивания трехосной тележки железнодорожного вагона может быть выполнена из пружинных марок стали: 60С2ХФА, 60С2А, 55С2-3Б. Металл, подвергающийся растяжению или наоборот сжатию (упругой деформации) после снятия с него действующих сил, должен оставаться в первоначальной форме (без остаточной деформации). Поэтому пружинные марки стали такие, как: 60С2ХФА, 60С2А, 55С2-3Б, - характеризующиеся повышенным пределом текучести δ_ви упругостью позволяют наружным пружинам 1, изготовленным из данных марок стали, выдерживать механические нагрузки без изменения своей первоначальной формы.

Была изготовлена опытная партия полезной модели, которая прошла опытные работы и подтвердила свои преимущества.

Claims

1. Наружная пружина для рессорного подвешивания трехосной тележки железнодорожного вагона, являющаяся витой цилиндрической с рабочими и опорными витками, отличающаяся тем, что средний диаметр пружины находится в интервале от 177,5 мм до 182,5 мм, а ее индекс (С), определяемый как отношение среднего диаметра (D) пружины к диаметру (d) прутка пружины, находится в интервале от 4,4375 до 4,5625, при этом пружина выполнена с возможностью использования в трехосных тележках с расчетной статической осевой нагрузкой, находящейся в интервале от 27 тс до 30 тс.

2. Наружная пружина для рессорного подвешивания трехосной тележки железнодорожного вагона по п. 1, отличающаяся тем, что выполнена из пружинной стали марки 60С2ХФА.

3. Наружная пружина для рессорного подвешивания трехосной тележки железнодорожного вагона по п. 1, отличающаяся тем, что выполнена из пружинной стали марки 60С2А.

4. Наружная пружина для рессорного подвешивания трехосной тележки железнодорожного вагона по п. 1, отличающаяся тем, что выполнена из пружинной стали марки 55С2-3Б.