RU2304538C2

RU2304538C2 - Vehicle

Info

Publication number: RU2304538C2
Application number: RU2005117991/11A
Authority: RU
Inventors: Владимир Тимофеевич Аксютенков (RU); Владимир Тимофеевич Аксютенков; Иван В чеславович Бирюков (RU); Иван Вячеславович Бирюков; Николай Васильевич Бурмистров (RU); Николай Васильевич Бурмистров; Алексей Леонидович Корнеев (RU); Алексей Леонидович Корнеев; Генрих Исаакович Левин (RU); Генрих Исаакович Левин; Алексей Викторович Луканцов (RU); Алексей Викторович Луканцов; Виктор Алексеевич Мажукин (RU); Виктор Алексеевич Мажукин; Леонид Автономович Михальчук (RU); Леонид Автономович Михальчук; Евгений Константинович Рыбников (RU); Евгений Константинович Рыбников; Николай Романович Стреха (RU); Николай Романович Стреха
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Управляющая компания ВКМ"
Priority date: 2005-06-10
Filing date: 2005-06-10
Publication date: 2007-08-20

Abstract

FIELD: railway transport.

SUBSTANCE: invention relates to side supports of body to rest on bogie with wheels. Proposed side support is made in form of antifriction bearings whose members contain sockets and rollers whose mating surfaces are described by different radii, and members of bearings are coupled with turnable link 4. Roller member 3, 5 is double convex, and it connects two pairs of bearings formed by socket member 1, 7 and mating roller socket member 2, 6 containing surface of socket of above0indicated roller member. Corresponding axes X and Y of members of each pair of bearings are not parallel to each other. Turnable link contains friction surfaces or elastic member or bearing.

EFFECT: reduced rigidity of coupling of wheels and body at relative displacements under action of cross forces and increased returning forces of device at increase of said displacements.

6 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам транспортных средств, преимущественно подвижного состава шоссейных и рельсовых дорог, и предназначено, в частности, для железнодорожных локомотивов и вагонов.The invention relates to devices of vehicles, mainly rolling stock of highways and railways, and is intended, in particular, for railway locomotives and wagons.

Известны транспортные средства с боковыми опорами (скользунами), см., например, патенты РФ (RU) по кл. 7 В61F 5/14 №2130395 за 2000 г., №2169092 за 2000 г., №2229400 за 2002 г. и №2229994 за 2004 г. Известно также транспортное средство (см. «Конструкция и динамика тепловозов», изд. «Транспорт», изд. 2^ое, Москва, 1974 г., с.118-119, рис.71, рис.100), кузов которого опирается на тележку через боковые опоры, представляющие собой подшипники качения, содержащие пару роликов, помещенных между верхней и нижней плитами. Поверхности сопряжения плит с роликами - криволинейные и величины их радиусов R определяют возвращающее усилие, возникающее вследствие поперечного перемещения тележки при движении по рельсовому пути, всегда имеющему криволинейность в плане. Ролики перекатываются по своим гнездам в плитах. Оси роликов параллельны друг другу и продольной оси тележки. Чтобы уменьшить трение в подшипнике, он помещен в масляную ванну, образованную в корпусе опоры.Known vehicles with side supports (side bearings), see, for example, patents of the Russian Federation (RU) for cl. 7 В61F 5/14 No. 2130395 for 2000, No. 2169092 for 2000, No. 2229400 for 2002 and No. 2229994 for 2004. Also, a vehicle is known (see "Design and dynamics of diesel locomotives", ed. "Transport ”, ^2nd ed., Moscow, 1974, p.118-119, fig. 71, fig. 100), whose body rests on the trolley through side bearings, which are rolling bearings, containing a pair of rollers placed between the upper and bottom plates. The mating surfaces of the plates with the rollers are curved and the values of their radii R determine the restoring force arising from the lateral movement of the trolley when moving along a rail track that always has curvature in plan. Rollers roll over their slots in slabs. The axes of the rollers are parallel to each other and to the longitudinal axis of the trolley. To reduce friction in the bearing, it is placed in an oil bath formed in the bearing housing.

Описанное устройство обладает наибольшим количеством существенных признаков, близких по технической сущности к предлагаемому решению. Поэтому это устройство выбрано за прототип.The described device has the largest number of essential features similar in technical essence to the proposed solution. Therefore, this device is selected as a prototype.

Недостаток этого устройства заключается в том, что его ролики выполнены и расположены таким образом, что могут обеспечивать взаимное смещение элементов опорного устройства лишь в одном направлении - по линии катания роликов, т.е. вдоль продольной оси транспортного средства. Реальный же рельсовый путь всегда имеет в плане большую или меньшую кривизну, заставляя тележку транспортного средства двигаться непрямолинейно и смещаться относительно кузова в разных направлениях под действием поперечных сил. При жесткой поперечной связи тележки с основной массой транспортного средства - кузовом последнему сообщаются поперечные ускорения, что вызывает ответные силовые реакции со стороны кузова. При повышенных скоростях движения эти поперечные реакции достигают такой величины, что создают условия для схода с рельсов транспортного средства.The disadvantage of this device is that its rollers are made and arranged in such a way that they can provide mutual displacement of the elements of the supporting device in only one direction - along the roll line of the rollers, i.e. along the longitudinal axis of the vehicle. The real rail track always has a greater or lesser curvature in plan, forcing the vehicle trolley to move in a straight line and move relative to the body in different directions under the influence of transverse forces. With a rigid transverse connection of the truck with the bulk of the vehicle - the body, the latter is informed of lateral accelerations, which causes response force reactions from the side of the body. At increased speeds, these transverse reactions reach such a value that they create the conditions for the vehicle to get off the rails.

Аналогичная проблема, заключающаяся в жесткости связи колес и кузова, существует и на транспортных средствах шоссейных дорог, где со стороны дороги на колеса тележки транспортного средства действуют поперечные силы, передающиеся кузову. Большая поперечная жесткость связи тележки и кузова препятствует повышению скорости движения.A similar problem, which is the stiffness of the connection between the wheels and the body, exists on highway vehicles, where the lateral forces transmitted to the body act on the wheels of the vehicle trolley from the side of the road. The large lateral stiffness of the connection between the trolley and the body prevents an increase in speed.

Цель предлагаемого изобретения состоит в том, чтобы свести к минимуму действующие на кузов поперечные силы за счет придания гибкости связи не только поперек осей роликов, как в прототипе, но и в других направлениях.The aim of the invention is to minimize the lateral forces acting on the body by imparting communication flexibility not only across the axes of the rollers, as in the prototype, but also in other directions.

Решение задачи заключается в уменьшении взаимодействия массы кузова и тележки при поперечных перемещениях колес. Для этого устройство должно обеспечить перемещение тележки относительно кузова с тремя степенями свободы. При этом опора должна иметь свойство возврата ее элементов в исходное положение, т.е. создавать возвращающее усилие, которое должно быть тем больше, чем большее отклонение произошло.The solution to the problem is to reduce the interaction of the mass of the body and the trolley with lateral movements of the wheels. For this, the device must provide movement of the trolley relative to the body with three degrees of freedom. In this case, the support should have the property of returning its elements to their original position, i.e. create a returning force, which should be the greater, the greater the deviation has occurred.

Средства для получения технического результата состоят в том, чтобы увеличить число подшипников опоры и изменить их расположение так, чтобы их элементы совершали движения относительно равновесного положения в поперечном и продольном направлениях, а также обеспечивали возможность вращательного смещения опорных поверхностей.Means for obtaining a technical result consists in increasing the number of bearings of the support and changing their location so that their elements move relative to the equilibrium position in the transverse and longitudinal directions, and also provide the possibility of rotational displacement of the bearing surfaces.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение жесткости связи колес и кузова при их взаимных перемещениях под действием поперечных сил и увеличение возвращающих сил предлагаемого устройства с ростом величины этих перемещений.The technical result of the invention is to reduce the stiffness of the connection of the wheels and the body during their mutual displacements under the action of transverse forces and increase the returning forces of the proposed device with an increase in the magnitude of these displacements.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется одним из предпочтительных примеров его осуществления и показана на фиг.1, 2, 3.The essence of the invention is illustrated by one of the preferred examples of its implementation and shown in figures 1, 2, 3.

На фиг.1 показан созданный в результате компьютерного моделирования вид устройства, наилучшим образом поясняющий взаимосвязь существенных признаков предлагаемого изобретения.In Fig.1 shows a view of the device created as a result of computer simulation, best explaining the relationship of the essential features of the invention.

На фиг.2 показано устройство в одном из вариантов осуществления.Figure 2 shows the device in one of the embodiments.

На фиг.3 показана форма сопряженных поверхностей роликовых элементов и их взаимное расположение во время работы устройства.Figure 3 shows the shape of the mating surfaces of the roller elements and their relative position during operation of the device.

Как видно на фиг.1, устройство имеет гнездовой элемент 1 с поверхностью А, на которую опирается кузов, и сопряженный с ним роликово-гнездовой элемент 2. Этот элемент 2 содержит гнездовую поверхность роликового элемента 3. Таким образом три элемента (1, 2, 3) образуют два подшипника, объединенных в один узел, образующий соединенную пару. Нижняя часть этой пары связана с поворотным звеном 4, которое снабжено упругим элементом (в данном случае резиновым), с поверхностями В и С. Эти поверхности обеспечивают поворот верхней пары подшипников относительно нижней, выполненной точно так же, как и верхняя. Эта пара подшипников имеет роликовый элемент 5, сопряженный с роликово-гнездовым элементом 6, а также сопряженный с ним гнездовой элемент 7, имеющий поверхность D, сопряженную с рамой тележки. Объединенный узел подшипников (верхний и нижний) может иметь промежуточные детали в каждом другом конкретном варианте выполнения изобретения. Поворотное звено может быть выполнено с фрикционными поверхностями В и С или содержать подшипники качения (или скольжения) в том или ином случае выполнения устройства. На фиг.2 показан вариант осуществления изобретения, в котором поворотное звено 4 сопряжено с гнездовым элементом 7 одного (например, нижнего) подшипника. В этом примере выполнение поворотного звена предусмотрено из фрикционного материала. Роликовый элемент 3 выполнен двояковыпуклым, объединен в одно целое с роликовым элементом 5, соединяя и образуя собой две пары подшипников. Один из элементов каждой пары содержит поверхности, служащие роликом для одного подшипника и гнездом для другого, а оси элементов в каждой паре подшипников перпендикулярны друг другу, хотя могут быть расположены под любым другим углом, величина которого зависит от условий конкретного применения устройства.As can be seen in FIG. 1, the device has a socket element 1 with a surface A on which the body rests, and a roller-socket element 2 associated with it. This element 2 contains the socket surface of the roller element 3. Thus, three elements (1, 2, 3) form two bearings combined in one assembly, forming a coupled pair. The lower part of this pair is connected with a rotary link 4, which is equipped with an elastic element (in this case, rubber), with surfaces B and C. These surfaces rotate the upper pair of bearings relative to the lower one, made in exactly the same way as the upper one. This pair of bearings has a roller element 5, coupled with a roller-socket element 6, as well as a coupled socket element 7 having a surface D, mated with the frame of the trolley. The integrated bearing assembly (upper and lower) may have intermediate parts in each other specific embodiment of the invention. The pivoting link can be made with friction surfaces B and C or contain rolling (or sliding) bearings in one or another embodiment of the device. Figure 2 shows an embodiment of the invention in which the pivot link 4 is interfaced with a socket element 7 of one (e.g., lower) bearing. In this example, the execution of the pivot link is provided from a friction material. The roller element 3 is made biconvex, combined with the roller element 5, connecting and forming two pairs of bearings. One of the elements of each pair contains surfaces that serve as a roller for one bearing and a socket for another, and the axis of the elements in each pair of bearings are perpendicular to each other, although they can be located at any other angle, the magnitude of which depends on the conditions of the particular application of the device.

На фиг.2 видно, что радиусы поверхностей гнездового элемента R90 и роликового элемента R45 содержат участки, проведенные из разных центров, смещенных относительно друг друга (в данном примере выполнения эксцентриситет 14 мм), соединенные плоским участком. Смещая центры, можно менять возвращающее усилие устройства. Для ограничения чрезмерного перемещения элементов предусмотрены упоры у. Размеры устройства даны, чтобы характеризовать его габариты и компактность по сравнению с известными. На фиг.2 представлен упрощенный чертеж устройства для железнодорожной платформы с нагрузкой на ось 25 т.Figure 2 shows that the radii of the surfaces of the socket element R90 and the roller element R45 contain sections drawn from different centers offset from each other (in this embodiment, the eccentricity is 14 mm) connected by a flat section. By shifting the centers, you can change the returning force of the device. To limit the excessive movement of the elements, stops y are provided. The dimensions of the device are given to characterize its dimensions and compactness in comparison with the known ones. Figure 2 presents a simplified drawing of a device for a railway platform with an axle load of 25 tons.

Работа устройства поясняется пространственной фигурой 1, где оси Х и Y показывают направления возможных перемещений элементов устройства при появлении поперечных сил, а буквами а и а' б и б' показаны линии сопряжения роликовых и гнездовых поверхностей.The operation of the device is illustrated by the spatial figure 1, where the X and Y axes show the directions of possible movements of the device elements when shear forces appear, and the letters a and a 'b and b' show the interface lines of the roller and socket surfaces.

Во время движения транспортного средства, если соединенный с тележкой по поверхности D элемент 7 (фиг.1) сместится по направлению X, то гнездо 5 повернется относительно оси Y на угол φ. Перекатывание ролика по гнезду происходит по криволинейной поверхности выбранного радиуса R, от величины которого зависит значение силы, возвращающей устройство в равновесное положение. При этом происходит поворот всего блока подшипников вокруг оси Y, причем точки сопряжения а и б перемещаются в положения а' и б' таким образом, что появляется возвращающий момент, равный величине вертикальной нагрузки, умноженной на проекцию линии а'-б' на плоскость приложения вертикальной нагрузки (поверхность А). Можно сказать, что поведение опоры происходит так, как в игрушке "Ванька-встанька", причем величина возвращающего усилия зависит от выбранной кривизны сопряженных поверхностей роликовых и гнездовых элементов. Сопряжение роликовой поверхности с поверхностью гнезда происходит почти "по линии", как показано на фиг.3, где положение линий контакта отмечено точками а и б. Выбор кривизны сопряженных поверхностей элементов определяется расчетным путем. В конкретном примере выполнения устройства для железнодорожного вагона с нагрузкой на ось 25 т площадь "линейного" контакта оказалась достаточной, чтобы силы трения при качании роликов в гнездах стали неизмеримо малыми без применения смазки.During the movement of the vehicle, if the element 7 connected to the trolley along the surface D (Fig. 1) moves in the X direction, then the socket 5 will rotate relative to the Y axis by an angle φ. Rolling of the roller along the nest takes place along the curved surface of the selected radius R, the value of the force returning the device to the equilibrium position depends on its value. In this case, the entire bearing block rotates around the Y axis, and the mating points a and b are moved to positions a 'and b' in such a way that a returning moment appears, equal to the value of the vertical load multiplied by the projection of the line a'-b 'on the plane of application vertical load (surface A). We can say that the behavior of the support occurs as in the toy "Vanka-vstanka", and the magnitude of the returning force depends on the selected curvature of the mating surfaces of the roller and socket elements. The coupling of the roller surface with the surface of the socket occurs almost "along the line", as shown in figure 3, where the position of the contact lines is marked by points a and b. The choice of the curvature of the mating surfaces of the elements is determined by calculation. In a specific example of a device for a railway carriage with an axle load of 25 tons, the “linear” contact area was sufficient so that the friction forces when the rollers were swinging in the seats became immeasurably small without the use of lubricant.

Расчеты показывают, что выбором кривизны сопряженных роликовых элементов возвращающее усилие (в зависимости от величины поперечного перемещения тележки) может быть увеличено по сравнению с устройством, взятым за прототип, в 3-3,5 раза. Это повышает возможность безопасного движения транспортного средства с большей скоростью. При движении гнездового элемента 7 (фиг.1) вдоль оси Y роликово-гнездовой элемент 6 переместится на угол φ вокруг оси X. Устройство будет работать точно так же, как описано ранее, когда элемент 7 смещался по оси X. Таким образом гнездо 1 с поверхностью А оказывается в неизменном положении при перемещении поверхности D. В предлагаемом устройстве оси роликов всегда не параллельны друг другу; в описанном примере они перпендикулярны. В других случаях может оказаться целесообразным расположить оси роликовых элементов под некоторым углом друг к другу.Calculations show that by selecting the curvature of the mating roller elements, the returning force (depending on the size of the lateral movement of the trolley) can be increased by 3-3.5 times compared with the device taken as a prototype. This increases the possibility of safe movement of the vehicle with greater speed. When the nesting element 7 (Fig. 1) moves along the Y axis, the roller-nesting element 6 will move by an angle φ around the X axis. The device will work exactly as described previously when the element 7 was displaced along the X axis. Thus, the socket 1 sec surface A is in a constant position when moving surface D. In the proposed device, the axis of the rollers are not always parallel to each other; in the described example, they are perpendicular. In other cases, it may be appropriate to position the axis of the roller elements at a certain angle to each other.

Во время движения при появлении вращательной составляющей перемещения эта составляющая компенсируется упругим элементом поворотного звена, обеспечивая неизменность положения верхней части устройства, соединенной с кузовом. Предпочтительный вариант - поворотное звено из резины. Поворотное звено может быть выполнено с подшипником или иметь фрикционные поверхности В и С (фиг.1), которые обеспечивают возможность поворота звена.During movement, when the rotational component of the movement appears, this component is compensated by the elastic element of the rotary link, ensuring the position of the upper part of the device connected to the body remains unchanged. The preferred option is a swivel link made of rubber. The pivot link can be made with a bearing or have friction surfaces B and C (Fig. 1), which provide the ability to pivot the link.

Таким образом достигается технический результат предлагаемого изобретения: уменьшена жесткость связи кузова и колес транспортного средства при поперечных перемещениях тележки с увеличивающимся возвращающим усилием при возрастании величины этих перемещений.Thus, the technical result of the invention is achieved: the stiffness of the connection between the body and wheels of the vehicle during lateral movements of the trolley with increasing returning force with increasing magnitude of these movements is reduced.

Радиусы сопряженных поверхностей роликового и гнездового элементов в описанном варианте выполнены в соотношении 1:2. Рациональное отношение радиусов для разных случаев может меняться и составлять от 1:1,5 до 1:2,5.The radii of the mating surfaces of the roller and socket elements in the described embodiment are made in a ratio of 1: 2. The rational ratio of the radii for different cases can vary and range from 1: 1.5 to 1: 2.5.

Описанный предпочтительный вариант осуществления изобретения, поясняемый фигурами 1, 2, 3, может быть выполнен и по-другому без изменения существа изобретения.The described preferred embodiment of the invention, illustrated by figures 1, 2, 3, can be performed differently without changing the essence of the invention.

Дополнительным техническим результатом предлагаемого изобретения следует считать уменьшенный износ сопряженных поверхностей (так как роликовые элементы не катаются, а качаются) и, как следствие, эксплуатация без обслуживания (смазки) в течение более длительного срока (чем прототип).An additional technical result of the invention should be considered reduced wear of the mating surfaces (since the roller elements do not roll, but swing) and, as a result, operation without maintenance (lubrication) for a longer period (than the prototype).

Claims

1. The vehicle, mainly rail, for example, a railway carriage containing a platform supported by a trolley with wheels by bearings, at least one of which is made in the form of rolling bearings, the elements of which contain sockets and rollers, and their mating surfaces are described by radii of different sizes and the bearing elements are connected with a rotary link, characterized in that the roller element is biconvex and connects two pairs of bearings, at least one of which is formed by the driving element and the associated roller-nesting element containing the socket surface of the aforementioned roller element, while the corresponding X and Y axes of the elements of each bearing pair are not parallel to each other, and the rotary link contains friction surfaces or an elastic body or bearing.

2. The vehicle according to claim 1, characterized in that the axes X and Y of the elements of at least one pair of bearings are perpendicular to each other.

3. The vehicle according to claim 1, characterized in that the pivot link is located between the convex surfaces of the roller element.

4. The vehicle according to claim 1, characterized in that the pivot link is coupled with a socket element of at least one bearing.

5. The vehicle according to claim 1, characterized in that the mating surfaces of the elements contain sections described by different radii from centers displaced relative to each other.

6. The vehicle according to claim 1, characterized in that the ratio of the radii of the mating surfaces of the elements is in the range from 1: 1.5 to 1: 2.5.