RU223662U9 - Трехосная тележка железнодорожного вагона - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к конструкциям грузовых железнодорожных трехосных тележек вагона, в частности к конструкции шкворневой балки трехосной тележки грузового железнодорожного вагона. Трехосная тележка железнодорожного вагона, состоящая из четырех боковых рам, двух надрессорных балок, шкворневой балки, трех колесных пар с буксовыми узлами, четырех рессорных комплектов с амортизаторами для гашения колебаний, четырех фрикционных гасителей колебаний, тормозной рычажной передачи и двух съемных балансиров, боковые рамы опираются на буксовые узлы крайних колесных пар непосредственно, а на буксовые узлы средней колесной пары - через балансиры, при этом шкворневая балка содержит две продольные части и одну поперечную часть, образующие Н-образную отливку, поперечная часть содержит подпятниковое место, продольные части содержат площадку для скользуна и концевые лапы, предназначенные для размещения между ними надрессорных балок. Концевые лапы имеют скосы. Стенка скоса концевой лапы выполнена с плавно меняющейся переменной толщиной, увеличивающейся в направлении от края концевой лапы к центральной части шкворневой балки. Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение надежности шкворневой балки трехосной тележки грузового железнодорожного вагона, полученное за счет подбора оптимальных значений геометрических параметров толщины стенки на участке скоса концевой лапы. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Полезная модель относится к конструкциям грузовых железнодорожных трехосных тележек вагона, в частности к конструкции шкворневой балки трехосной тележки грузового железнодорожного вагона.

Из уровня техники известна конструкция трехосной тележки [патент SU 163201, МПК B61F, опубл. 09.04.1965 Бюл. № 8], состоящая из боковин, в окне каждой из которых расположен комплект пружин и амортизатор для гашения колебаний, надрессорных балок, шкворневой балки, опирающейся лапами на надрессорные балки и соединенной с ними, колесных пар, съемных балансиров, размещенных на буксах средней колесной пары и соединенных с хоботами боковин, и тормозной рычажной передачи, при этом концевые лапы шкворневой балки, расположенные по одну ее сторону, образуют с продольной осью балки острый угол, а концевые лапы, расположенные по другую сторону балки, образуют с ее продольной осью тупой угол, с тем, чтобы точки опоры диагонально расположенных концевых лап на надрессорной балки находились на равном расстоянии от продольной оси тележки. Концевые лапы шкворневой балки имеют скосы для вписывания трехосной тележки в кривые малого радиуса.

Недостатком данной конструкции трехосной тележки со шкворневой балкой является недостаточная ее надежность.

Также из уровня техники известна конструкция трехосной тележки грузового вагона [«Вагоны-самосвалы», М., «Машиностроение», 1975, с. 192, стр. 134 - 136], содержащая три колесные пары, четыре боковые рамы (две правые и две левые), две надрессорные балки, шкворневую балку, два балансира букс средней оси, шесть букс (буксовых узлов, четыре подушки рессорных комплектов (две правые и две левые), восемь двухрядных пружин, четыре фрикционных гасителя колебаний и тормозную рычажную передачу. Боковые рамы трехосной тележки опираются на буксы крайних колесных пар непосредственно, а буксы средней колесной пары - через балансиры. Боковые рамы соединены с балансирами валиками. Шкворневая балка выполнена литой, коробчатого сечения, паукообразной (Н-образной) формы, уложена на надрессорные балки симметрично и соединена с ними четырьмя соединительными болтами, содержит две продольные части и одну поперечную часть. Поперечная часть содержит подпятниковое место. Продольные части содержат концевые лапы, предназначенные для размещения между ними надрессорных балок, и площадку для скользуна. Концевые лапы шкворневой балки, расположенные по одну ее сторону, образуют с продольной осью балки острый угол, а концевые лапы, расположенные по другую сторону балки, образуют с ее продольной осью тупой угол, при этом концевые лапы шкворневой балки имеют скосы со ступенчато изменяющейся толщиной.

Техническим недостатком данной трехосной тележки с шкворневой балкой тележки является низкая надёжность участка скоса концевой лапы, вызванная высокими механическими напряжениями, обусловленными неоптимальным подбором геометрических параметров.

Данная конструкция выбрана в качестве прототипа для заявляемой полезной модели.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является разработка трехосной железнодорожной тележки с шкворневой балкой, обладающей надлежащей прочностью, надежностью при ее минимально допустимом и достаточном весе.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение надёжности шкворневой балки трехосной тележки грузового железнодорожного вагона, полученное за счёт подбора оптимальных значений геометрических параметров толщины стенки на участке скоса концевой лапы.

Для достижения технического результата, заключающегося в повышении надежности шкворневой балки трехосной тележки грузового железнодорожного вагона, необходимо обеспечить снижение механических напряжений в высоконагруженных участках шкворневой балки. Достичь снижения механических напряжений возможно путем подбора оптимальных значений размеров и форм этих участков.

Задача решается, а поставленный технический результат достигается тем, что трехосная тележка железнодорожного вагона, состоящая из четырех боковых рам, двух надрессорных балок, шкворневой балки, трех колесных пар с буксовыми узлами, четырех рессорных комплектов с амортизаторами для гашения колебаний, четырех фрикционных гасителей колебаний, тормозной рычажной передачи и двух съемных балансиров, боковые рамы опираются на буксовые узлы крайних колесных пар непосредственно, а буксовые узлы средней колесной пары через балансиры, при этом шкворневая балка, содержит две продольные части и одну поперечную часть, образующие Н-образную отливку, поперечная часть содержит подпятниковое место, продольные части содержат площадку для скользуна и концевые лапы, предназначенные для размещения между ними надрессорных балок, концевые лапы имеют скосы, стенка скоса концевой лапы выполнена с плавно меняющейся переменной толщиной, увеличивающейся в направлении от края концевой лапы к центральной части шкворневой балки.

В трехосной тележке железнодорожного вагона толщина А стенки скоса концевой лапы шкворневой балки выполнена в диапазоне от 14,6 до 17,4 мм, а толщина В стенки скоса концевой лапы шкворневой балки выполнена в диапазоне от 23,4 до 26,6 мм.

Полезная модель поясняется графическим материалом.

Фиг. 1 - Трехосная тележка (вид сбоку);

Фиг. 2 - Трехосная тележка (вид сверху);

Фиг. 3 - Шкворневая балка трехосной тележки;

Фиг. 4 - Часть шкворневой балки трехосной тележки с вырезом;

Фиг. 5 - Эпюра внутренних механических напряжений в шкворневой балке трехосной тележки.

Трехосная тележка железнодорожного вагона состоит из четырех боковых рам 1, двух надрессорных балок 2, шкворневой балки 3, трех колесных пар 4 с буксовыми узлами 10, четырех рессорных комплектов 5 с амортизаторами 6 для гашения колебаний, четыре фрикционных гасителя колебаний (не обозначены на фигурах), тормозной рычажной передачи 7 и двух съемных балансиров 8. Боковые рамы 1 в собранном виде образуют раму тележки, которая выполнена переломной на средней колесной паре, что позволяет трехосной тележке свободно проходить через сортировочные горки и вагоноопрокидыватели.

Боковые рамы 1 трехосной тележки опираются на буксовые узлы 10 крайних колесных пар 4 и коромысла балансиров 8 средней колесной пары 4. Соединение боковых рам 1 с буксовыми узлами 10 крайних колесных пар 4 - челюстное, обеспечивающее необходимое взаимное угловое перемещение боковых рам и колесных пар при вписывании тележки в кривые участки пути малых радиусов, и, в тоже время, ограничивающее поперечное и продольное смещение боковой рамы 1 относительно корпуса буксового узла 10. При этом, ограничение поперечных смещений необходимо во избежание перегрузки наружного подшипника буксового узла и шейки оси колесной пары 4, так как боковая рама 1опирается непосредственно на буксовый узел 10. Ограничение продольных смещений необходимо для обеспечения параллельности осей всех колесных пар 4, с целью улучшения ходовых качеств грузового вагона и уменьшения сил взаимодействия тележки и железнодорожного пути.

Соединение боковой рамы 1 с коромыслом балансира 8 осуществлено валиком 11. Вертикальная нагрузка от боковой рамы 1 на балансир 8 передается через вкладыш 12 с регулировочной прокладкой (не обозначена на чертежах). Продольные нагрузки от боковой рамы 1 на балансир 8 передается по плоскости вкладыша 12 за счет сил трения и, частично, валиком 11. Отверстие (не обозначено на фигурах) в боковой раме 1 под установку валика 11, выполнено овальным, с тем, чтобы исключить передачу вертикальной нагрузки от боковой рамы 1 на валик 11 и обеспечить взаимный угловой поворот боковой рамы 1 и балансира 8 в вертикальной плоскости, необходимый для прохода грузовым вагоном сортировочных горок.

Угловые перемещения боковых рам 1 и средней колесной пары 4 в горизонтальной плоскости, при вписывании грузового вагона в кривые участки пути, обеспечиваются за счет наличия продольных зазоров между валиком 11 и овальным отверстием боковой рамы 1.

Шкворневая балка 3 трехосной тележки железнодорожного вагона выполнена в виде отливки, содержит две продольные части 3.1 и одну поперечную часть 3.2, образующие Н-образную (паукообразную) цельную отливку коробчатого сечения.

Поперечная часть 3.2 содержит подпятниковое место 3.3. На продольных частях 3.1 шкворневой балки 3 расположены концевые лапы 3.4, предназначенные для размещения между ними надрессорных балок 2 и площадка 3.6 для установки скользуна (не обозначен на фигурах).

Подпятниковое место 3.3 выполняется в центральной части поперечной части 3.2 диаметром D с буртом 3.3.1 и отверстием 3.3.2, и служит опорой пятника рамы грузового вагона.

Для обеспечения возможности установки на трехосную тележку скользунов и их фиксации на площадках 3.6 выполнены овальные отверстия 3.6.1.

Концевые лапы 3.4 шкворневой балки 3 содержат челюсти (не обозначены на фигурах) предназначенные для сопряжения с надрессорными балками 2, а на верхних и нижних поясах (не обозначены на фигурах) шкворневой балки 3 выполнены отверстия 9 для соединительных болтов (не обозначены на фигурах).

Продольные части 3.1 и поперечная часть 3.2 шкворневой балки 3 содержат боковые стенки (не обозначены на фигурах), верхние (не обозначены на фигурах) и нижние (не обозначены на фигурах) пояса.

Шкворневая балка 3 трехосной тележки соединяется с надрессорной балкой 2 посредством кронштейна (не обозначен на фигурах) и соединительных болтов (не обозначены на фигурах).

Концевые лапы 3.4 шкворневой балки 3, расположенные по одну ее сторону, образуют с продольной осью балки острый угол, а концевые лапы 3.4, расположенные по другую сторону шкворневой балки 3, образуют с ее продольной осью тупой угол. На концевых лапах 3.4 шкворневой балки 3 выполнены скосы 3.5.

Под стенкой скоса 3.5 концевой лапы 3.4 шкворневой балки 3 трехосной тележки заявителем понимается участок боковой стенки шкворневой балки 3, выполненный на скосе 3.5 концевых лап 3.4 продольных частей 3.1 шкворневой балки 3, которая представляет собой Н-образную цельную отливку коробчатого сечения.

Стенка скоса 3.5 концевой лапы 3.4 шкворневой балки 3 трехосной тележки выполнена с плавно меняющейся переменной толщиной, увеличивающейся от края концевой лапы 3.4 в направлении к центральной части шкворневой балки 3.

Толщина А стенки скоса 3.5 концевой лапы 3.4 шкворневой балки 3 трехосной тележки выполнена в диапазоне от 14,6 до 17,4 мм.

Толщина В стенки скоса 3.5 концевой лапы шкворневой балки 3 трехосной тележки выполнена в диапазоне от 23,4 до 26,6 мм.

Примером реализации заявляемой полезной модели может быть трехосная тележка железнодорожного вагона, состоящая из четырех боковых рам 1, двух надрессорных балок 2, шкворневой балки 3, трех колесных пар 4 с буксовыми узлами 10, четырех рессорных комплектов 5 с амортизаторами 6 для гашения колебаний, четырех фрикционных гасителей колебаний, тормозной рычажной передачи 7 и двух съемных балансиров 8. Боковые рамы 1 в собранном виде образуют раму тележки, которая выполнена переломной на средней колесной паре. Боковые рамы 1 трехосной тележки железнодорожного вагона опираются на буксовые узлы 10 крайних колесных пар 4 и коромысла балансиров 8 средней колесной пары. Соединение боковой рамы 1 с коромыслом балансира 8 осуществлено валиком 11. Шкворневая балка 3 трехосной тележки железнодорожного вагона, выполнена в виде отливки (например, из стали марки 20ГЛ по ГОСТ 32400), содержит две продольные части 3.1 и одну поперечную часть 3.2, образующие Н-образную коробчатую отливку. Поперечная часть 3.2 содержит подпятниковое место 3.3. Продольные части 3.1 и поперечная часть 3.2 шкворневой балки 3 содержат боковые стенки, верхние и нижние пояса. На продольных частях 3.1 шкворневой балки 3 расположены концевые лапы 3.4, предназначенные для размещения между ними надрессорных балок 2 и площадку 3.6 для установки скользуна. Концевые лапы 3.4 шкворневой балки 3, расположенные по одну ее сторону, образуют с продольной осью балки острый угол, а концевые лапы 3.4, расположенные по другую сторону шкворневой балки 3, образуют с ее продольной осью тупой угол. На концевых лапах 3.4 шкворневой балки 3 выполнены скосы 3.5. Стенка скоса 3.5 концевой лапы 3.4 шкворневой балки 3 трехосной тележки железнодорожного вагона выполнена с плавно меняющейся переменной толщиной, увеличивающейся в направлении от края концевой лапы 3.4 к центральной части шкворневой балки 3. Толщина А стенки скоса 3.5 концевой лапы 3.4 шкворневой балки 3 трехосной тележки железнодорожного вагона выполнена в диапазоне от 14,6 до 17,4 мм. Толщина B стенки скоса 3.5 концевой лапы 3.4 шкворневой балки 3 трехосной тележки железнодорожного вагона выполнена в диапазоне от 23,4 до 26,6 мм.

Предпочтительным вариантом выполнения может быть трехосная тележка железнодорожного вагона, состоящая из четырех боковых рам 1, двух надрессорных балок 2, шкворневой балки 3, трех колесных пар 4 с буксовыми узлами 10, четырех рессорных комплектов 5 с амортизаторами 6 для гашения колебаний, четырех фрикционных гасителей колебаний, тормозной рычажной передачи 7 и двух съемных балансиров 8. Боковые рамы 1 в собранном виде образуют раму тележки, которая выполнена переломной на средней колесной паре. Боковые рамы 1 трехосной тележки опираются на буксовые узлы 10 крайних колесных пар 4 и коромысла балансиров 8 средней колесной пары. Соединение боковой рамы 1 с коромыслом балансира 8 осуществлено валиком 11. Шкворневая балка 3 трехосной тележки железнодорожного вагона, выполнена в виде отливки (например, из стали марки 20ГЛ по ГОСТ 32400), содержит две продольные части 3.1 и одну поперечную часть 3.2, образующие Н-образную коробчатую отливку. Поперечная часть 3.2 содержит подпятниковое место 3.3. Продольные части 3.1 и поперечная часть 3.2 шкворневой балки 3 содержат боковые стенки, верхние и нижние пояса. На продольных частях 3.2 шкворневой балки 3 расположены концевые лапы 3.4, предназначенные для размещения между ними надрессорных балок 2 и площадка 3.6 для установки скользуна. Концевые лапы 3.4 шкворневой балки 3, расположенные по одну ее сторону, образуют с продольной осью балки острый угол, а концевые лапы 3.4, расположенные по другую сторону шкворневой балки 3, образуют с ее продольной осью тупой угол. На концевых лапах 3.4 шкворневой балки 3 трехосной тележки железнодорожного вагона выполнены скосы 3.5. Стенка скоса 3.5 концевой лапы 3.4 шкворневой балки 3 трехосной тележки железнодорожного вагона выполнена с плавно меняющейся переменной толщиной, увеличивающейся в направлении от края концевой лапы 3.4 к центральной части шкворневой балки 3. При этом толщина А стенки скоса 3.5 концевой лапы 3.4 шкворневой балки 3 трехосной тележки железнодорожного вагона составляет 16 мм, толщина B стенки скоса 3.5 концевой лапы 3.4 шкворневой балки 3 трехосной тележки железнодорожного вагона составляет 25 мм.

Проверка предлагаемых диапазонов толщин А и B стенки скоса 3.5 концевой лапы 3.4 шкворневой балки 3 трехосной тележки железнодорожного вагона была произведена по критериям максимальных напряжений по Мезису, основным на теории Mises-Hencky, согласно которой пластичный материал начинает повреждаться в местах, где напряжение по Мезису становится равным предельному напряжению. Допускаемые напряжения для шкворневой балки трехосной тележки, выполненной из стали марки 20ГЛ по ГОСТ 32400 по I расчетному режиму, составляют 255 МПа.

Результат проведенного испытания заявляемой трехосной тележки железнодорожного вагона с шкворневой балкой представлен на фиг. 5, из которой видно, что подобранные значения диапазонов толщин А и В стенки скоса 3.5 концевой лапы 3.4 шкворневой балки 3 трехосной тележки железнодорожного вагона не приводят к превышению допустимых значений напряжений, возникающих в шкворневой балке.

Увеличение величин предложенных параметров толщин А и В стенки скоса 3.5 концевой лапы 3.4 шкворневой балки 3 трехосной тележки железнодорожного вагона приведет к необоснованному увеличению массы шкворневой балки 3 в целом, а уменьшение толщин А и В стенки скоса 3.5 концевой лапы 3.4 шкворневой балки 3 трехосной тележки железнодорожного вагона приведет к уменьшению прочностных качеств шкворневой балки 3 и увеличению концентраций напряжений в зоне стенки скоса 3.5 концевой лапы 3.4 шкворневой балки 3 трехосной тележки железнодорожного вагона.

При выполнении скоса 3.5 концевой лапы 3.4 в предлагаемой шкворневой балке 3 трехосной тележки железнодорожного вагона толщиной «А» стенки в диапазоне от 14,6 до 17,4 мм, и толщиной «В» стенки в диапазоне размеров от 23,4 до 26,6 мм, обеспечивается снижение механических напряжений не менее чем на 10%, при увеличении массы шкворневой балки на 1,2% по сравнению с прототипом.

Если толщина «А» стенки скоса 3.5 концевой лапы 3.4 шкворневой балки 3 трехосной тележки железнодорожного вагона будет выполнена менее 14,6 мм и менее 23,4 мм для толщины «В», механические напряжения будут выше, чем у прототипа, при этом увеличиваются механические напряжения стенки скоса 3.5 концевой лапы 3.4 шкворневой балки 3 трехосной тележки железнодорожного вагона.

В случае, если толщину «А» стенки скоса 3.5 концевой лапы 3.4 шкворневой балки 3 трехосной тележки железнодорожного вагона выполнить более 17,4 мм и толщину «В» стенки скоса 3.5 концевой лапы 3.4 шкворневой балки 3 трехосной тележки железнодорожного вагона выполнить более 26,6 мм, то механические напряжения уменьшатся на незначительную величину, составляющую 2,3%, но при этом рост массы составляет порядка 2,5%, что существенно хуже, чем при выполнении толщины «А» в диапазоне от 14,6 до 17,4 мм и толщины «В» в диапазоне от 23,4 до 26,6 мм.

Таким образом, при выполнении трехосной тележки железнодорожного вагона, состоящей из четырех боковых рам, двух надрессорных балок, шкворневой балки, трех колесных пар с буксовыми узлами, четырех рессорных комплектов с амортизаторами для гашения колебаний, четырех фрикционных гасителей колебаний, тормозной рычажной передачи и двух съемных балансиров, боковыми рамами, опирающимися на буксовые узлы крайних колесных пар непосредственно, а на буксовые узлы средней колесной пары через балансиры, при этом шкворневая балка, содержит две продольные части и одну поперечную часть, образующие Н-образную отливку, поперечная часть содержит подпятниковое место, продольные части содержат площадку для установки скользуна и концевые лапы, предназначенные для размещения между ними надрессорных балок, концевые лапы концевые лапы имеют скосы, стенка скоса концевой лапы шкворневой балки трехосной тележки железнодорожного вагона, с плавно меняющейся переменной толщиной, увеличивающейся в направлении от края концевой лапы к центральной части шкворневой балки с толщиной «А» стенки скоса концевой лапы в диапазоне от 14,6 до 17,4 мм и толщиной «В» стенки скоса концевой в диапазоне от 23,4 до 26,6 мм, обеспечивается повышение надёжности шкворневой балки 3 трехосной тележки грузового вагона.

В настоящее время на заявляемую полезную модель в АО «Научно-производственная корпорация «Уралвагонзавод» разработана конструкторская документация и проведены всесторонние испытания.

Claims (2)

1. Трехосная тележка железнодорожного вагона, состоящая из четырех боковых рам, двух надрессорных балок, шкворневой балки, трех колесных пар с буксовыми узлами, четырех рессорных комплектов с амортизаторами для гашения колебаний, четырех фрикционных гасителей колебаний, тормозной рычажной передачи и двух съемных балансиров, боковые рамы опираются на буксовые узлы крайних колесных пар непосредственно, а на буксовые узлы средней колесной пары - через балансиры, при этом шкворневая балка содержит две продольные части и одну поперечную часть, образующие Н-образную отливку, поперечная часть содержит подпятниковое место, продольные части содержат площадку для скользуна и концевые лапы, предназначенные для размещения между ними надрессорных балок, концевые лапы имеют скосы, отличающаяся тем, что стенка скоса концевой лапы выполнена с плавно меняющейся переменной толщиной, увеличивающейся в направлении от края концевой лапы к центральной части шкворневой балки.

2. Трехосная тележка железнодорожного вагона по п. 1, отличающаяся тем, что толщина А стенки скоса концевой лапы выполнена в диапазоне от 14,6 до 17,4 мм, а толщина В стенки скоса концевой лапы выполнена в диапазоне от 23,4 до 26,6 мм.