RU2499684C1

RU2499684C1 - Locomotive underframe torsion spring

Info

Publication number: RU2499684C1
Application number: RU2012114166/11A
Authority: RU
Inventors: Евгений Васильевич Сливинский; Леонид Алексеевич Савин; Дмитрий Владимирович Гридчин; Дмитрий Николаевич Климов; Алексей Юрьевич Климук
Priority date: 2012-04-10
Filing date: 2012-04-10
Publication date: 2013-11-27
Also published as: RU2012114166A

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: invention relates to railway and road vehicles. Proposed device comprises resilient bar and lever. One end of resilient bar is splined mounted at the frame fixed support while another end slides in the frame bearing support. Lever contacts underframe body. Stepped resilient rod has different-diameter sections. Rod steps have splines to engage with mating splines made at sleeve inner sides. Said sleeve is rigidly secured at two pins sliding in fixed bearing Said pins are spring-loaded by compression springs relative to the support and contact by its ends the bracket inclined surface. Said bracket is rigidly mounted at underframe body.

EFFECT: expanded operating performances.

3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области транспортных средств и может быть использовано в конструкциях автомобильного и железнодорожного подвижного состава.The present invention relates to the field of vehicles and can be used in the construction of automobile and railway rolling stock.

Известна конструкция торсиона (см. книгу Крайнев А.Ф. Словарь-справочник по механизмам. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1987. - 560 с.), где на стр.469 представлена его схема и описание. Так, например, торсион выполняют в виде длинного, обладающего малой крутильной жесткостью вала (риса) или двух валов, соединенных промежуточным звеном. К одному из валов присоединен рычаг, к которому приложена рабочая нагрузка. При действии такой нагрузки валы закручиваются и изгибаются. Существенным недостатком такой рессоры является то, что валы имеют постоянную крутильную жесткость за счет неизменяемых физико-механических свойств материала и постоянных геометрических параметров, таких как длина валов и их диаметр.The design of the torsion is known (see the book by A. Krainev. Dictionary on Mechanisms. - 2nd ed., Rev. And add. - M.: Mechanical Engineering, 1987. - 560 p.), Where on page 469 is presented its scheme and description. So, for example, the torsion bar is performed in the form of a long shaft (rice) having low torsional rigidity or two shafts connected by an intermediate link. A lever is attached to one of the shafts, to which a working load is applied. Under the action of such a load, the shafts twist and bend. A significant drawback of such a spring is that the shafts have constant torsional stiffness due to the unchanged physical and mechanical properties of the material and constant geometric parameters, such as the length of the shafts and their diameter.

Известна также торсионная рессора, описанная в книге Орлов П.И. Основы конструирования: Справочно-методическое пособие в 2-х книгах. Кн. 2-я. Под редакцией П.Н.Усачева. - 3 изд., исправл. - М: Машиностроение, 1988, где на стр.523 и рис.910 она и показана. Конструкция такой торсионной рессоры в целом аналогична вышеописанной, и, следовательно, недостатки их подобны.Also known is the torsion spring described in the book Orlov P.I. Design Basics: Reference-methodical manual in 2 books. Prince 2nd. Edited by P.N.Usachev. - 3rd ed., Rev. - M: Mechanical Engineering, 1988, where on p. 523 and Fig. 910 it is shown. The design of such a torsion spring is generally similar to that described above, and therefore their disadvantages are similar.

Поэтому целью предлагаемого изобретения является расширение эксплуатационных возможностей торсионной рессоры.Therefore, the aim of the invention is to expand the operational capabilities of the torsion spring.

Поставленная цель достигается тем, что упругий стержень выполнен ступенчатым, имеющим по своей длине участки разного диаметра, снабженные шлицами, взаимодействующими с ответными, изготовленными во внутренней части втулки, жестко закрепленной, по крайней мере, на двух подвижно установленных в неподвижной опоре пальцах, подпружиненных винтовыми пружинами сжатия относительно последней и контактирующих своими торцами с наклонными поверхностями кронштейна, жестко установленного на кузове экипажа.This goal is achieved in that the elastic rod is made stepped, having lengths of sections of different diameters, provided with slots that interact with mates made in the inner part of the sleeve, rigidly fixed to at least two fingers movably mounted in a fixed support, spring-loaded with screw compression springs relative to the latter and contacting their ends with the inclined surfaces of the bracket, rigidly mounted on the body of the crew.

На фиг.1 показан общий вид торсионной рессоры экипажа сбоку, на фиг.2 - ее часть в разрезе продольной плоскостью, на фиг. 3 - вид ее по стрелке А.In Fig.1 shows a General view of the torsion spring of the crew from the side, in Fig.2 - its part in the context of a longitudinal plane, in Fig. 3 is a view of it in arrow A.

Торсионная рессора экипажа состоит из рычага 1, жестко закрепленного на стержне торсиона 2, который одним концом подвижно установлен в подшипниковой опоре 3, а другим при помощи шлицев 4 связан с ответными, выполненными в неподвижной опоре 5. На стержне 2 также нарезаны шлицы 6, 7, 8 с возможностью контактирования соответственно с шлицами 9, 10 и 11, нарезанными внутри втулки 12, при этом участки их сопряжения имеют по длине стержня разные по величине диаметры. Втулка 12 жестко закреплена на пальцах 13, установленных с возможностью поступательного движения в неподвижной опоре 5, и они подпружинены винтовыми пружинами сжатия 14, при этом последние своими торцами контактируют с наклонными поверхностями 15 кронштейна 16, жестко закрепленного на кузове 17 экипажа, с которым также контактирует рычаг 1. Подшипниковая опора 3 и неподвижная опора 5 закреплены на раме 18 тележки экипажа.The torsion spring of the crew consists of a lever 1, rigidly fixed to the rod of the torsion bar 2, which is movably mounted at one end in the bearing support 3, and the other with the help of splines 4 is connected with the counterparts made in the fixed support 5. Slots 6, 7 are also cut on the rod 2 , 8 with the possibility of contacting, respectively, with the slots 9, 10 and 11, cut inside the sleeve 12, while the sections of their mating have different diameters along the length of the rod. The sleeve 12 is rigidly mounted on the fingers 13, mounted with the possibility of translational motion in the fixed support 5, and they are spring-loaded with compression compression springs 14, the latter being contacted by their ends with the inclined surfaces 15 of the bracket 16, which is rigidly fixed to the body 17 of the crew, which also contacts lever 1. The bearing support 3 and the stationary support 5 are fixed on the frame 18 of the crew trolley.

Работает торсионная рессора экипажа следующим образом. В статике, когда экипаж находится в отстое, детали торсионной рессоры находятся в таком положении, как это показано на фиг.1, фиг.2 и фиг.3. В случае его движения из-за наличия неровностей пути возникает динамическая составляющая Р_д, способствующая колебаниям кузова 17, и тогда под действием такой силы рычаг 1, получая угловой поворот по стрелке В, закручивает упруго стержень 2 торсиона также по этой стрелке, за счет того, что левый его конец жестко, с помощью шлицев 4, закреплен в неподвижной опоре 5. Следовательно, такие колебания будут торсионной рессорой сдемпфированы. Предположим, что динамическая нагрузка Р_д выросла по сравнению с предыдущей на некоторую величину, такую, что рычаг 1 получил еще больший угловой поворот по стрелке В, а кронштейн 16, который жестко связан с кузовом 17, получил одновременно некоторое линейное перемещение по стрелке С и тогда за счет наличия на нем наклонных поверхностей 15 пальцы 13 переместятся по стрелке Е, упруго деформируя свои винтовые пружины сжатия 14. Но пальцы 13 жестко соединены с втулкой 12, которая также переместится по этой же стрелке Е, причем ее шлицы 9 войдут в контакт с шлицами 6 стержня 2 и тогда шлицы 4 стержня 2, находящиеся в неподвижной опоре 5, уже не будут влиять на крутильную жесткость стержня 2 за счет того, что рабочая длина l стержня 2 окажется равной уже l₁ (см. фиг.1 и фиг.2). Увеличение крутильной жесткости в этом случае подтверждается известной зависимостью $K_{φ} = \frac{G J_{ρ}}{l d^{2}}$

, где G - модуль упругости материала второго рода, J_ρ - полярный момент инерции сечения стержня 2 торсиона, l - рабочая длина стержня 2 и d его диаметр. Считаем теперь, что динамическая нагрузка P_д еще более возросла в сравнении с двумя предыдущими, и тогда втулка l₂ переместится в правую сторону (см. фиг.1 и фиг.2) еще дальше, при этом ее шлицы 10 войдут в контакт с шлицами 7, что позволит уменьшить рабочую длину стержня 2 на величину l₂, а это обеспечит эффективное демпфирование колебаний кузова 17 и этой возросшей динамической нагрузки. Подобное явление может произойти и далее, когда шлицы 11 войдут в контакт с шлицами 8 и крутильная жесткость стержня 2 еще более возрастет. Таких участков взаимодействия шлицев 9, 10, и 11 с шлицами 6, 7, и 8 может быть и больше, чем указанных на чертежах, в зависимости от весовых и динамических нагрузок, действующих на экипажи в эксплуатационных условиях. После исчезновения вышеуказанных динамических составляющих втулка 12 под действием винтовых пружин сжатия 14 возвращается в исходное положение, такое, как это показано на фиг.1 и фиг.2, причем такое ее поступательное движение будет обеспечено за счет того, что пальцы 13 будут проскальзывать относительно наклонных плоскостей 15 кронштейна 16 по направлению, обратному стрелке С, а сам упругий стержень 2 также возвратится в исходное положение за счет упругих сил, созданных его закруткой рычагом l. Далее описанные процессы могут повторяться неоднократно.Works torsion spring crew as follows. In statics, when the crew is in a sludge, the torsion spring parts are in the position shown in FIG. 1, FIG. 2 and FIG. 3. In the case of its movement, due to the presence of irregularities of the path, a dynamic component P _d arises, which promotes vibrations of the body 17, and then under the influence of such a force, the lever 1, receiving an angular rotation in the direction of the arrow B, twists the torsion bar 2 elastically in this direction as well, due to so that its left end is rigidly fixed with the help of splines 4 in the fixed support 5. Therefore, such oscillations will be damped by the torsion spring. Suppose that the dynamic load P _d increased compared to the previous one by a certain amount, such that the lever 1 received an even greater angular rotation in the direction of arrow B, and the bracket 16, which is rigidly connected to the body 17, simultaneously received some linear movement in the direction of arrow C and then due to the presence of inclined surfaces 15 on it, fingers 13 will move along arrow E, elastically deforming their compression screw springs 14. But fingers 13 are rigidly connected to sleeve 12, which will also move along the same arrow E, and its slots 9 will come into contact t with the slots 6 of the rod 2 and then the slots 4 of the rod 2 located in the fixed support 5 will no longer affect the torsional stiffness of the rod 2 due to the fact that the working length l of the rod 2 is already equal to l ₁ (see figure 1 and figure 2). The increase in torsional stiffness in this case is confirmed by the known dependence

K_{φ} = \frac{G J_{ρ}}{l d}

where G is the elastic modulus of the material of the second kind, J _ρ is the polar moment of inertia of the cross section of the torsion bar 2, l is the working length of the rod 2, and d its diameter. We now believe that the dynamic load P _d has increased even more in comparison with the previous two, and then the sleeve l _{2 will} move to the right side (see figure 1 and figure 2) even further, while its slots 10 will come into contact with the slots 7, which will reduce the working length of the rod 2 by a value of l ₂ , and this will provide effective damping of the vibrations of the body 17 and this increased dynamic load. A similar phenomenon can occur further, when the slots 11 come into contact with the slots 8 and the torsional stiffness of the rod 2 will increase even more. Such areas of interaction of the slots 9, 10, and 11 with the slots 6, 7, and 8 may be more than those indicated in the drawings, depending on the weight and dynamic loads acting on the crews in operating conditions. After the disappearance of the above dynamic components, the sleeve 12 under the action of compression screw springs 14 returns to its original position, such as shown in figure 1 and figure 2, and such a progressive movement will be ensured due to the fact that the fingers 13 will slip relative to the inclined planes 15 of the bracket 16 in the direction opposite to the arrow C, and the elastic rod 2 will also return to its original position due to the elastic forces created by its twist by the lever l. Further, the processes described may be repeated repeatedly.

Технико-экономическое преимущество предложенного технического замысла в сравнении с известными очевидно, так как оно позволяет в автоматическом режиме, в зависимости от величины динамических составляющих сил, действующих на экипаж, эффективно снижать их и тем самым повышать плавность хода, создавая комфортные условия для перевозимых грузов и пассажиров.The technical and economic advantage of the proposed technical design in comparison with the known ones is obvious, since it allows in automatic mode, depending on the magnitude of the dynamic components of the forces acting on the crew, to effectively reduce them and thereby increase smoothness, creating comfortable conditions for transported goods and passengers.

Claims

The torsion spring of the crew, containing an elastic rod, one end of which is rigidly fixed with the help of splines in a fixed support, and the other is movable in the bearing support of the frame, and a lever in contact with the body of the crew, characterized in that the elastic rod is made stepwise having the length of the sections of different diameters equipped with slots interacting with mates made in the inner part of the sleeve, rigidly fixed to at least two fingers movably mounted in a fixed support, spring-loaded in ntovymi compression springs relative to the last and their ends contact with inclined surfaces bracket rigidly mounted on the carriage body.