RU222531U1

RU222531U1 - INTERNAL COMPRESSION SPRING FOR SPRING SUSPENSION OF A THREE-AXLE BOARD OF A FREIGHT CAR

Info

Publication number: RU222531U1
Application number: RU2023128031U
Authority: RU
Inventors: Павел Михайлович Нечаев; Александр Васильевич Самсонов; Елена Станиславовна Васильева; Михаил Федорович Чуваков; Елена Владимировна Шихалева
Original assignee: Акционерное общество "Научно-производственная корпорация "Уралвагонзавод" имени Ф.Э. Дзержинского"; Общество с ограниченной ответственностью "Уральское конструкторское бюро вагоностроения"
Filing date: 2023-10-31
Publication date: 2024-01-09

Abstract

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, касается рессорного подвешивания трехосных тележек грузовых вагонов, в частности внутренних пружин рессорных комплектов. Внутренняя пружина сжатия для рессорного подвешивания трехосной тележки грузового вагона, цилиндрическая, винтовая, представляющая собой брус, ось которого параллельна винтовой линии образующей цилиндра, с рабочими и опорными витками. Средний диаметр пружины находится в интервале от 107 мм до 113 мм. Индекс пружины, определяемый как отношение среднего диаметра витка к диаметру прутка, составляет интервал от 6,813 до 7,467. Шаг навивки рабочих витков пружины находится в интервале от 52,13 мм до 56,89 мм. Высота пружины в свободном состоянии находится в интервале от 260 мм до 272 мм. The utility model relates to railway transport and concerns the spring suspension of three-axle bogies of freight cars, in particular the internal springs of spring sets. Internal compression spring for spring suspension of a three-axle freight car bogie, cylindrical, helical, representing a beam, the axis of which is parallel to the helical line of the generatrix of the cylinder, with working and support coils. The average spring diameter ranges from 107 mm to 113 mm. The spring index, defined as the ratio of the average diameter of the coil to the diameter of the rod, ranges from 6.813 to 7.467. The winding pitch of the working coils of the spring is in the range from 52.13 mm to 56.89 mm. The free height of the spring ranges from 260 mm to 272 mm.

Description

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, касается рессорного подвешивания трехосных тележек грузовых вагонов, в частности внутренних пружин рессорных комплектов.The utility model relates to railway transport and concerns the spring suspension of three-axle bogies of freight cars, in particular the internal springs of spring sets.

Из уровня техники известна трехосная тележка [патент на полезную модель RU 176097, B61F5/38, опубликован 28.12.2017г.], содержащая рессорное подвешивание, состоящее из четырех нелинейных рессорных комплектов, каждый из которых состоит из восьми двухрядных пружин, две из которых расположены под фрикционными клиньями, а остальные шесть под надрессорной балкой. Высота наружных пружин ниже внутренних, разность высот наружной и внутренней пружин равна сумме прогибов внутренних пружин под весом минимальной тары вагона, максимальных прогибов внутренних пружин при колебаниях вагона и величин допусков на отклонения статическом прогибе внутренних пружин и отклонения в высоте наружных пружин. При статическом прогибе 18-30 мм под тарой, разность высот наружной и внутренней подклиновых пружин составляет не менее 5 и не более 51 мм, а разность высот наружной и внутренней пружин под надрессорной балкой составляет не менее 35 мм и не более 51 мм.A three-axle bogie is known from the prior art [utility model patent RU 176097, B61F5/38, published on December 28, 2017], containing a spring suspension consisting of four non-linear spring sets, each of which consists of eight double-row springs, two of which are located under friction wedges, and the remaining six under the bolster. The height of the external springs is lower than the internal ones, the difference in the heights of the external and internal springs is equal to the sum of the deflections of the internal springs under the weight of the minimum container of the car, the maximum deflections of the internal springs when the car oscillates and the tolerance values for deviations in the static deflection of the internal springs and deviations in the height of the external springs. With a static deflection of 18-30 mm under the container, the difference in the heights of the outer and inner wedge springs is no less than 5 and no more than 51 mm, and the difference in the heights of the outer and inner springs under the bolster is no less than 35 mm and no more than 51 mm.

Существенным недостатком данной конструкции является наличие в пружинном комплекте четырех разных пружин, изменяющихся по высоте в свободном состоянии, диаметру прутков и среднему диаметру. Данное исполнение конструкции увеличивает номенклатуру деталей пружинного комплекта, что в свою очередь увеличивает себестоимость пружинного комплекта в новом изделии и ведет к увеличению стоимости ремонта узла в эксплуатации. Также четыре разных типоразмера пружин в пружинном комплекте увеличивают трудоемкость сборки трехосных тележек грузовых вагонов, прежде всего связанную с подбором пружин комплекта по высоте.A significant drawback of this design is the presence in the spring set of four different springs, varying in free height, rod diameter and average diameter. This design version increases the range of parts for the spring kit, which in turn increases the cost of the spring kit in a new product and leads to an increase in the cost of repairing the unit in operation. Also, four different standard sizes of springs in a spring set increase the complexity of assembling three-axle bogies of freight cars, primarily associated with the selection of springs in the set according to height.

Также известна конструкция трехосной тележки УВЗ-11А с нагрузкой от оси на рельсы до 25000 кгс [Логинов А.И., Афанаськин Н.Е. Вагоны-самосвалы – М.: Машиностроение, 1975, стр. 134-136], которой оборудованы шестиосные вагоны-самосвалы 2ВС-105 грузоподъемностью 105 т, содержащая рессорное подвешивание из четырех рессорных комплектов (два правых и два левых). Каждый рессорный комплект содержит три двухрядных пружины, состоящие из внутренней и наружной пружины, и четвертую наружную пружину, внутри которой расположен фрикционный амортизатор. Внутренние и наружные пружины имеют одинаковую номинальную высоту. The design of a three-axle bogie UVZ-11A with an axle load on the rails of up to 25,000 kgf is also known [Loginov A.I., Afanaskin N.E. Dump cars - M.: Mashinostroenie, 1975, pp. 134-136], which is equipped with six-axle dump cars 2VS-105 with a load capacity of 105 tons, containing a spring suspension of four spring sets (two right and two left). Each spring set contains three double-row springs, consisting of an inner and outer spring, and a fourth outer spring, inside of which a friction shock absorber is located. Inner and outer springs have the same nominal height.

Данная конструкция выбрана в качестве прототипа для заявляемой полезной модели.This design was chosen as a prototype for the proposed utility model.

Существенным недостатком данной конструкции является ограниченность ее использования, а именно, эксплуатация вагонов в груженом состоянии на трехосных тележках с указанным рессорным подвешиванием возможна только при движении по путям необщего пользования (путям промышленных предприятий) со скоростью до 70 км/ч. Динамическая погонная нагрузка на железнодорожный путь от указанной тележки в вагоне с максимальной расчетной статической осевой нагрузкой при движении по путям общего пользования с конструкционной скоростью до 120 км/ч, установленной ГОСТ 34763.1-2021 «Тележки трех- и четырехосные грузовых вагонов железных дорог. Общие технические требования», превышает допускаемое значение динамической погонной нагрузки от тележки 168 кН/м согласно ГОСТ 34759-2021 «Железнодорожный подвижной состав. Нормы допустимого воздействия на железнодорожный путь и методы испытаний», что не позволяет эксплуатировать вагоны на данных тележках в груженом состоянии по железнодорожным путям общего пользования.A significant disadvantage of this design is the limitation of its use, namely, the operation of loaded cars on three-axle bogies with the specified spring suspension is possible only when moving along non-public tracks (paths of industrial enterprises) at speeds of up to 70 km/h. Dynamic linear load on the railway track from the specified bogie in the car with the maximum calculated static axial load when moving on public tracks at a design speed of up to 120 km/h, established by GOST 34763.1-2021 “Bogies of three- and four-axle freight cars of railways. General technical requirements” exceeds the permissible value of the dynamic linear load from the bogie of 168 kN/m according to GOST 34759-2021 “Railway rolling stock. Standards of permissible impact on the railway track and test methods”, which does not allow the operation of cars on these bogies in a loaded state on public railways.

Снижение максимальной расчетной статической осевой нагрузки в указанной трехосной тележке до 22 тс также не позволит обеспечить необходимое значение динамической погонной нагрузки на железнодорожный путь от тележки при эксплуатации груженых вагонов на данных тележках с конструкционной скоростью до 120 км/ч по путям общего пользования в связи с недостаточным значением прогиба рессорного подвешивания.Reducing the maximum calculated static axial load in the specified three-axle bogie to 22 tf will also not provide the required value of the dynamic linear load on the railway track from the bogie when operating loaded cars on these bogies at a design speed of up to 120 km/h on public tracks due to insufficient the deflection value of the spring suspension.

Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в создании внутренней пружины сжатия цилиндрической винтовой с геометрическими характеристиками, которые в комплекте с соответствующей наружной пружиной сжатия цилиндрической винтовой, позволяют создать рессорное подвешивание трехосной тележки с конструкционной скоростью до 120 км/ч и максимальной расчетной статической осевой нагрузкой 22 тс, обеспечивающее безопасную эксплуатацию грузового вагона на таких тележках по железнодорожным путям общего пользования при выполнении требований ГОСТ 34763.1-2021 и ГОСТ 34759-2021.The problem to be solved by the claimed utility model is to create an internal cylindrical screw compression spring with geometric characteristics, which, together with the corresponding external cylindrical screw compression spring, make it possible to create a spring suspension of a three-axle bogie with a design speed of up to 120 km/h and a maximum design static axle load of 22 tf, ensuring the safe operation of a freight car on such bogies on public railway tracks while meeting the requirements of GOST 34763.1-2021 and GOST 34759-2021.

Поставленная задача решается за счет того, что конструкция внутренней пружины сжатия цилиндрической винтовой имеет средний диаметр витка в интервале от 107 мм до 113 мм, а её индекс, определяемый как отношение среднего диаметра витка к диаметру прутка пружины, находится в интервале от 6,813 до 7,467. Кроме того, шаг навивки рабочих витков пружины находится в интервале от 52,13 мм до 56,89 мм, а высота пружины в свободном состоянии находится в интервале от 260 мм до 272 мм.The problem is solved due to the fact that the design of the internal cylindrical screw compression spring has an average coil diameter in the range from 107 mm to 113 mm, and its index, defined as the ratio of the average coil diameter to the diameter of the spring rod, is in the range from 6.813 to 7.467. In addition, the winding pitch of the working coils of the spring is in the range from 52.13 mm to 56.89 mm, and the free height of the spring is in the range from 260 mm to 272 mm.

Внутренняя пружина сжатия с данными техническими характеристиками позволяет увеличить значение расчетного статического прогиба рессорного подвешивания трехосной тележки, способствующее достижению показателей динамической погонной нагрузки на железнодорожный путь от тележки, не превышающих допускаемое значение 168 кН/м, обеспечивая тем самым безопасную эксплуатацию грузового вагона на трехосных тележках по железнодорожным путям общего пользования.An internal compression spring with these technical characteristics allows you to increase the value of the calculated static deflection of the spring suspension of a three-axle bogie, which contributes to the achievement of dynamic linear load on the railway track from the bogie, not exceeding the permissible value of 168 kN/m, thereby ensuring the safe operation of a freight car on triaxle bogies according to public railway tracks.

Выполнение внутренней пружины из стали с пределом текучести не менее 1325 МПа обеспечивает запас по напряжениям от эксплуатационных нагрузок до допускаемых значений напряжений в пределах от 21,6 % до 34,2 %. При этом снижается вероятность излома прутков пружины и выхода из строя рессорного подвешивания трехосной тележки, что также положительно сказывается на безопасности эксплуатации грузового вагона на трехосных тележках предложенной конструкции.Making the internal spring from steel with a yield strength of at least 1325 MPa provides a margin of stress from operational loads to permissible stress values ranging from 21.6% to 34.2%. At the same time, the likelihood of breaking the spring rods and failure of the spring suspension of the three-axle bogie is reduced, which also has a positive effect on the safety of operating a freight car on triaxle bogies of the proposed design.

Сущность предлагаемой конструкции заключается в том, что внутренняя пружина сжатия для рессорного подвешивания трехосной тележки грузового вагона, цилиндрическая, винтовая, представляющая собой брус, ось которого параллельна винтовой линии образующей цилиндра, с рабочими и опорными витками, средний диаметр которой находится в интервале от 107 мм до 113 мм, её индекс, определяемый как отношение среднего диаметра витка к диаметру прутка пружины, находится в интервале от 6,813 до 7,467, шаг навивки рабочих витков пружины находится в интервале от 52,13 мм до 56,89 мм, а высота пружины в свободном состоянии находится в интервале от 260 мм до 272 мм, при этом, пружина выполнена из стали с пределом текучести не менее 1325 МПа.The essence of the proposed design is that the internal compression spring for spring suspension of a three-axle freight car bogie, cylindrical, screw, representing a beam, the axis of which is parallel to the helix line of the cylinder generatrix, with working and support coils, the average diameter of which is in the range of 107 mm up to 113 mm, its index, defined as the ratio of the average coil diameter to the diameter of the spring rod, is in the range from 6.813 to 7.467, the winding pitch of the working coils of the spring is in the range from 52.13 mm to 56.89 mm, and the height of the spring is in the free condition is in the range from 260 mm to 272 mm, while the spring is made of steel with a yield strength of at least 1325 MPa.

Технический результат от заявляемой полезной модели заключается в том, что подобраны геометрические характеристики внутренних пружин сжатия цилиндрических винтовых, которые в комплекте с соответствующими наружными пружинами сжатия цилиндрическими винтовыми позволяют создать конструкцию рессорного подвешивания трехосной тележки с максимальной расчетной статической осевой нагрузкой 22 тс и конструкционной скоростью до 120 км/ч, обеспечивающей безопасную эксплуатацию по железнодорожным путям общего пользования и соответствующей требованиям действующей нормативной документации.The technical result of the claimed utility model is that the geometric characteristics of the internal cylindrical screw compression springs have been selected, which, together with the corresponding external cylindrical screw compression springs, make it possible to create a spring suspension design for a three-axle bogie with a maximum design static axial load of 22 tf and a design speed of up to 120 km/h, ensuring safe operation on public railway tracks and meeting the requirements of current regulatory documentation.

В таблице 1 приведены из множества вариантов несколько возможных вариантов изготовления внутренних пружин сжатия цилиндрических винтовых.Table 1 shows, from a variety of options, several possible options for manufacturing internal cylindrical screw compression springs.

В настоящее время на заявляемую полезную модель разработана конструкторская документация и проведены всесторонние испытания.Currently, design documentation has been developed for the claimed utility model and comprehensive tests have been carried out.

Таблица 1 – Выборочные варианты исполнения пружин внутренних для рессорного подвешивания трехосной тележки грузового вагона.Table 1 – Selected versions of internal springs for spring suspension of a three-axle freight car bogie.

ВариантOption Средний диаметр витка, ммAverage coil diameter, mm Шаг навивки рабочих витков, ммWinding pitch of working turns, mm Высота пружины в свободном состоянии, ммSpring height in free state, mm Индекс пружиныSpring index Предел текучести материала пружины, МПаSpring material yield strength, MPa Напряжения в пружине в режиме I, МПа Stress in the spring in mode I, MPa Запас по напряжениям до допускаемых значений ∆, %Voltage margin up to permissible values ∆, % 11 110110 52,9852.98 265265 6,8756.875 11751175 675,1675.1 10,010.0 22 110110 52,9852.98 265265 6,8756.875 13251325 675,1675.1 25,025.0 33 113113 52,9852.98 265265 7,0637,063 661,4661.4 26,526.5 44 112112 56,8956.89 272272 7,0007,000 705,5705.5 21,621.6 55 107107 53,1353.13 270270 7,1337,133 642,4642.4 28,628.6 66 110110 52,1352.13 260260 7,3337,333 622,4622.4 30,830.8 77 112112 53,4053.40 267267 7,0007,000 640,0640.0 28,928.9 88 112112 52,7752.77 263263 7,4677,467 591,8591.8 34,234.2 99 109109 52,9852.98 265265 6,8136,813 683,6683.6 24,024.0 1010 107107 55,7855.78 266266 7,1337,133 680,0680.0 24,424.4

Claims

1. Internal compression spring for spring suspension of a three-axle freight car bogie, cylindrical, screw, representing a beam, the axis of which is parallel to the helical line of the generatrix of the cylinder, with working and support coils, characterized in that the average diameter of the spring is in the range from 107 mm to 113 mm, its index, defined as the ratio of the average diameter of the coil to the diameter of the spring rod, is in the range from 6.813 to 7.467, the winding pitch of the working coils of the spring is in the range from 52.13 mm to 56.89 mm, and the height of the spring in the free state is in the range from 260 mm to 272 mm.

2. An internal compression spring for spring suspension of a three-axle freight car bogie according to claim 1, characterized in that the spring is made of steel with a yield strength of at least 1325 MPa.