RU2710051C1

RU2710051C1 - Running gear of rolling stock with steering wheel pair

Info

Publication number: RU2710051C1
Application number: RU2019108391A
Authority: RU
Inventors: Николай Васильевич Ясаков; Антон Владиславович Артамонов
Original assignee: Николай Васильевич Ясаков
Priority date: 2019-03-22
Filing date: 2019-03-22
Publication date: 2019-12-24

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to the field of rail vehicles, in particular, to devices for installation of trolleys at movement along curvilinear sections of railways. Car frame rests on two running trolleys. Under the middle part of the frame there installed is an additional control wheel pair with possibility of transverse movement relative to the frame. Wheel pair is kinematically connected with trolley rotary structure. Gear ratio of steering wheel pair to every truck depends on direction of car movement.

EFFECT: reduced wear of wheel-rail system.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области рельсовых транспортных средств, в частности к устройствам управления поворотом ходовых тележек при движении по криволинейным участкам пути. Оно направлено главным образом на модернизацию ходовой части железнодорожных вагонов, а в принципе может быть применимо и в локомотивах.The invention relates to the field of rail vehicles, in particular to devices for controlling the rotation of the undercarriage when driving along curved sections of the track. It is mainly aimed at modernizing the running gear of railway cars, and, in principle, can also be applied in locomotives.

За последние два десятилетия на железнодорожном транспорте России особо остро стоит вопрос снижения износа гребней колес и бокового износа рельсов в кривых участках пути. Мероприятия, проводимые для снижения износа, в основном, связаны с уменьшением коэффициента трения и увеличением твердости контактируемых материалов. Однако, проводимые мероприятия не влияют на причину возникновения интенсивного износа гребней колес, а лишь воздействуют на физические компоненты, участвующие в механизме трущихся поверхностей.Over the past two decades, the issue of reducing wheel flange wear and side rail wear in curved sections of the track has been particularly acute in Russian railways. Measures taken to reduce wear are mainly associated with a decrease in the coefficient of friction and an increase in the hardness of the contacted materials. However, the measures taken do not affect the cause of the intensive wear of wheel flanges, but only affect the physical components involved in the mechanism of rubbing surfaces.

Ходовые части состава являются наиболее ответственными узлами, служат опорой экипажа на путь и обеспечивают их взаимодействие в движении. От конструкции ходовых частей в значительной мере зависит безопасность движения экипажа и плавность его хода.Chassis of the train are the most critical nodes, they support the crew on the path and ensure their interaction in motion. The safety of the crew’s movement and the smoothness of its progress largely depend on the design of the chassis.

Анализом причин, самих процессов износа трущихся поверхностей и способов его снижения занимаются многие специалисты: только литературных источников на эту тему (по материалам Научно-практической конференции «Колесо-рельс 2003», состоявшейся на Экспериментальном кольце ВНИИЖТа) насчитывается более сотни.Many experts are involved in the analysis of the causes, the processes of wear of rubbing surfaces themselves and methods for reducing it: there are more than a hundred literary sources on this subject (based on the materials of the Scientific and Practical Conference "Wheel-Rail 2003" held at the VNIIZhT Experimental Ring).

Много предложено различных новых технических решений.Many proposed various new technical solutions.

Не останавливаясь на их подробностях, рассмотрим только наиболее близкие аналоги заявляемого изобретения.Without dwelling on their details, we consider only the closest analogues of the claimed invention.

Известны СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ АКТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ РАДИАЛЬНОЙ УСТАНОВКОЙ КОЛЕСНЫХ ПАР ИЛИ КОЛЕСНЫХ СКАТОВ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ (патент RU №2283254 С2 B61F 5/38).Known METHOD AND DEVICE FOR THE ACTIVE MANAGEMENT OF RADIAL INSTALLATION OF WHEEL COUPLES OR WHEEL RAVES OF VEHICLES (patent RU No. 2283254 C2 B61F 5/38).

Изобретение относится к устройствам для радиальной установки колес при движении по криволинейным участкам пути. Активное управление радиальной установкой колес колесного узла тележки осуществляют посредством интегрального регулирования с реализацией установочных движений в двух частотных диапазонах, сообщая колесному узлу через исполнительный механизм, управляемый регулятором, первые установочные движения в первом частотном диапазоне и вторые установочные движения во втором частотном диапазоне, отличном от первого частотного диапазона, с их наложением на первые установочные движения. Исполнительный механизм выполнен в виде сервопривода. Между исполнительным механизмом и колесом или буксой колесного узла расположен передаточный механизм. Технический результат - снижение износа колес и рельсов, устранение паразитных колебаний при стабилизации колес.The invention relates to devices for the radial installation of wheels when moving along curved sections of the path. Active control of the radial installation of the wheels of the trolley’s wheel assembly is carried out by integral regulation with the installation movements in two frequency ranges, informing the wheel assembly through the regulator-controlled actuator of the first installation movements in the first frequency range and the second installation movements in a second frequency range other than the first frequency range, with their superimposition on the first installation movements. The actuator is designed as a servo. A gear is located between the actuator and the wheel or axle box of the wheel assembly. EFFECT: reduced wear of wheels and rails, elimination of spurious oscillations during stabilization of wheels.

Изобретение позволяет ускорить реакцию исполнительных механизмов на быстро изменяющуюся ситуацию с нагрузками и режимом движения, однако это достигается большим усложнением устройства управления, что вместе с его удорожанием снижает надежность работы (чем сложнее система, тем больше вероятность ее отказов). Одних только исполнительных механизмов в этой системе насчитывается много.The invention allows to accelerate the reaction of actuators to a rapidly changing situation with loads and driving conditions, but this is achieved by a large complication of the control device, which together with its cost increase reduces the reliability of the work (the more complex the system, the greater the likelihood of its failure). There are a lot of executive mechanisms in this system.

Известна ТЕЛЕЖКА С МЕХАНИЗМОМ РАДИАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ КОЛЕСНОЙ ПАРЫ (патент RU №2349478 С2 B61F 5/38).Known TROLLEY WITH THE MECHANISM OF RADIAL INSTALLATION OF WHEEL PAIRS (patent RU No. 2349478 C2 B61F 5/38).

Заявляемое изобретение относится к конструкции двухосной тележки пассажирского вагона с двухступенчатым рессорным подвешиванием и механизмом радиальной установки колесных пар.The claimed invention relates to the design of a biaxial trolley of a passenger car with a two-stage spring suspension and a radial installation mechanism for wheelsets.

Она отличается тем, что обе пары ее боковых рычагов расположены в плоскости четырехзвенника рамы и образуют с последним механизм радиальной установки колесных пар, в котором рычаги наклонены к боковине встречно с заданным углом к ее вертикальной плоскости и оканчиваются проушинами, отверстия которых перпендикулярны друг другу, кронштейны выполнены в виде горизонтальных буксовых щек и вертикальных щек нижних коленьев, а вертикальные и горизонтальные оси впрессованных в упомянутые проушины амортизаторов выполнены с клиновыми цапфами, закрепленными в клиновых вырезах упомянутых щек посредством крепежных элементов, и упруго сцентрированы относительно торцев каждой проушины парой блочных амортизирующих шайб резинометаллического типа, опирающихся каждая своей внешней расточкой на пластинчатые полукольца, вставленные в проточку оси амортизатора и скрепленные с шайбой сваркой в кольцо.It differs in that both pairs of its lateral levers are located in the plane of the four-link frame and form the mechanism of the radial installation of wheel pairs with the latter, in which the levers are inclined towards the sidewall at a predetermined angle to its vertical plane and end with lugs whose holes are perpendicular to each other, brackets made in the form of horizontal axle box cheeks and vertical cheeks of the lower knees, and the vertical and horizontal axes of shock absorbers pressed into the said eyelets are made with wedge pins, akreplennymi wedge recesses in the cheeks by means of said fasteners and elastic ends aligned relative to each pair of lugs block type rubber cushioning washers, each based on its outer bore semiring plate inserted in a bore shock absorber axis and fastened with a washer welded in the ring.

Следует отметить главный недостаток указанной конструкции: радиальная установка колесных пар осуществляется в отдельно взятой тележнке только под воздействием центробежных сил без раздельного учета других важных факторов, в частности, радиуса поворота, что снижает точность регулирования, а сниженная жесткость конструкции предлагаемой тележки с взаимно подвижными осями колесных пар скажется отрицательно на ее надежности.It should be noted the main drawback of this design: the radial installation of wheelsets is carried out in a single trolley only under the influence of centrifugal forces without separate consideration of other important factors, in particular, the turning radius, which reduces the accuracy of regulation, and the reduced rigidity of the design of the proposed trolley with mutually movable axles of the wheels steam will adversely affect its reliability.

При этом главной нерешенной задачей остается установка направления хода самих тележек в зависимости от радиуса поворота пути.In this case, the main unsolved problem remains to establish the direction of travel of the bogies themselves, depending on the radius of turn of the path.

Известна ТЕЛЕЖКА ПАССАЖИРСКОГО ВАГОНА С МЕХАНИЗМОМ РАДИАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ КОЛЕСНОЙ ПАРЫ (патент RU №2216470 С2 B61F 3/00).Known TROLLEY of the PASSENGER WAGON WITH THE MECHANISM of RADIAL INSTALLATION OF WHEEL PAIRS (patent RU No. 2216470 C2 B61F 3/00).

Изобретение относится к конструкции двухосной тележки пассажирского вагона с двухступенчатым рессорным подвешиванием. Тележка включает боковины рамы, которые соединены с буксами посредством рычагов радиальной установки колесной пары. Упомянутые рычаги выполнены наклонными и соединены с корпусом буксы и с боковиной рамы таким образом, что образуют шарнирный параллелограмм. При этом стороны параллелограмма, закрепленные на корпусе буксы и на боковине рамы, параллельны оси Z, причем сторона, закрепленная на боковине рамы, расположена выше горизонтальной оси X буксы.The invention relates to the construction of a biaxial carriage of a passenger carriage with a two-stage spring suspension. The trolley includes the sidewalls of the frame, which are connected to the axle boxes by means of levers for the radial installation of the wheelset. The said levers are made inclined and connected to the axle box body and to the side of the frame in such a way that they form a hinged parallelogram. In this case, the sides of the parallelogram fixed on the axle box body and on the side of the frame are parallel to the Z axis, with the side fixed on the side of the frame located above the horizontal axis X of the axle box.

Технический результат - улучшение вписывания вагона в кривые, обеспечение радиальной установки колесной пары. При этом на скорость движения поезда не влияет наличие криволинейных участков пути, а конструкция тележки упрощается.The technical result is an improvement in fitting the car into the curves, ensuring the radial installation of the wheelset. At the same time, the presence of curved sections of the track does not affect the speed of the train, and the design of the cart is simplified.

Однако и для такой конструкции присущи недостатки, указанные в предыдущем аналоге.However, for such a design, the disadvantages indicated in the previous analogue are inherent.

Предлагаемая в следующем изобретении (СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ИЗНОСА СИСТЕМЫ КОЛЕСО-РЕЛЬС И КОНСТРУКЦИЯ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ, патент RU №2449910 С2, B61F 3/00, B61F 5/50, B61F 5/38) конструкция с дифференциальными колесными парами и дополнительной поперечной связью уменьшает величину углов набегания и интенсивность взаимодействия гребней колес и внутренней грани головки рельса, однако оптимизирующую эти процессы непосредственную связь между кривизной рельсовой колеи и поворотом тележки не обеспечивает.Proposed in the following invention (METHOD FOR REDUCING THE WEAR OF THE WHEEL-RAIL SYSTEM AND STRUCTURE FOR ITS IMPLEMENTATION, Patent RU No. 2449910 C2, B61F 3/00, B61F 5/50, B61F 5/38) a design with differential wheel pairs and an additional cross-link reduces the value angles of incidence and the intensity of interaction between wheel flanges and the inner face of the rail head, however, the direct relationship between the curvature of the rail track and the rotation of the carriage does not optimize these processes.

Задачей в заявляемом нами изобретении являлся поиск простого технического решения, реализующего такую связь.The task in our invention was the search for a simple technical solution that implements such a connection.

В соответствии с этим принята конструкция ходовой части подвижного состава с опирающимися на две ходовые тележки рамами, в которой - согласно изобретению - под средней частью рамы устанавливается дополнительная - "рулевая" колесная пара с возможностью поперечного перемещения относительно рамы, имеющая кинематическую связь с поворотной конструкцией ходовых тележек, причем передаточное отношение от рулевой колесной пары к тележкам зависит от направления движения состава.In accordance with this, the design of the running gear of the rolling stock with the frames resting on two running trolleys is adopted, in which, according to the invention, an additional “steering” wheel pair is installed under the middle part of the frame with the possibility of lateral movement relative to the frame, having a kinematic connection with the rotary running gear carts, and the gear ratio from the steering wheel pair to the carts depends on the direction of movement of the composition.

Рулевая колесная пара с возможностью поперечного перемещения относительно рамы, например, в направляющих роликах, обеспечивает передачу через кинематическую связь с поворотной конструкцией ходовых тележек управляющих воздействий на них в зависимости от стрелы рельсового изгиба и направления движения состава, поскольку углы поворота передней и задней тележек при их оптимальном положении на кривых участках пути не одинаковы.A steering wheel pair with the possibility of lateral movement relative to the frame, for example, in guide rollers, provides for the control actions to be transmitted through the kinematic connection with the rotary design of the running trolleys depending on the arrow of the rail bend and the direction of movement of the train, since the rotation angles of the front and rear bogies optimal position on the curved sections of the path are not the same.

При минимальных люфтах в узлах кинематической системы и величины зазоров между гребнями колес рулевой пары и рельсами обеспечивается стабильность ориентации тележек и на прямых участках пути, а неточности управления на переходных кривых имеют кратковременный (доли секунды) характер и на износ колес практически не влияют.With minimal backlash in the nodes of the kinematic system and the gap between the wheel flanges of the steering pair and the rails, the orientation of the bogies and on straight sections of the track is ensured, and the control inaccuracies on the transition curves have a short-term (fraction of a second) nature and practically do not affect the wear of the wheels.

Описание заявляемого изобретения поясняются чертежами, где на на фиг. 1 показан общий вид ходовой части выгона, а на фиг. 2 - ее подрамная конструкция.The description of the claimed invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a general view of the running gear of a pasture, and FIG. 2 - its subframe design.

Итак, в самом общем виде ходовая часть вагона содержит шарнирно соединенные с рамой 1 две ходовые тележки 2 и рулевую колесную пару 3, связанную через узлы амортизации с подвижной поперечной балкой 4, установленной, например, в направляющих роликах 5. На поперечной балке 4 или под ней установлен подвижный шток 6 с роликами на его концах, связанный, например, с электромагнитным приводом 7, а также с поворотными звеньями 8, соединенными жесткими связями 9 с ходовыми тележками 2.So, in its most general form, the carriage chassis contains two chassis carriages 2 pivotally connected to the frame 1 and a steering wheel pair 3 connected through depreciation units with a movable transverse beam 4 mounted, for example, in guide rollers 5. On the transverse beam 4 or under it has a movable rod 6 with rollers at its ends, connected, for example, with an electromagnetic drive 7, as well as with pivoting links 8 connected by hard links 9 to the running trolleys 2.

Привод штока 6 управляется датчиком, например, индукционным, реагирующим на направление движения вагона (в данном случае показанное стрелкой, см. фиг. 2).The actuator of the rod 6 is controlled by a sensor, for example, an induction one, responsive to the direction of movement of the car (in this case, shown by an arrow, see Fig. 2).

Процессы, обеспечивающие оптимальные условия работы колесных пар при движении состава по рельсам, состоят в следующем. На любых участках пути рулевая колесная пара 3, занимая определенное положение с минимально допустимым зазором между гребнями колес и головками рельсов, отслеживает изменение кривизны рельсового пути. При этом перемещение поперечной балки 4 по роликам 5 передается через шток 6, поворотные звенья 8 и жесткие связи 9 ходовым тележкам 2. Их оптимальным положением следует считать такой угол поворота на кривых участках пути, при котором передние по ходу колеса тележек движутся по касательным к осям рельсов в местах их контакта, при этом задние колеса имеют незначительный поворот от касательных в их точках контакта в сторону центра кривизны пути. Возникающие при этом поперечные силы в основном компенсируются действующими на вагон центробежными силами. Не скомпенсированная сила в зависимости от ее направленности создает контакт гребней колес с тем или другим рельсом, но при этом контактное давление и, соответственно, их износ будут не сопоставимо малы в сравнении с теми же параметрами у современного железнодорожного транспорта.The processes that provide optimal operating conditions for wheelsets when the composition moves along rails are as follows. On any sections of the track, the steering wheel pair 3, occupying a certain position with the minimum allowable gap between the wheel flanges and the rail heads, monitors the change in the curvature of the rail track. In this case, the movement of the transverse beam 4 on the rollers 5 is transmitted through the rod 6, the rotary links 8 and the rigid connections 9 to the running trolleys 2. Their optimal position should be considered such an angle of rotation on the curved sections of the path at which the front wheels of the bogies move along the tangent axes rails in the places of their contact, while the rear wheels have a slight turn from the tangents at their points of contact towards the center of curvature of the track. The lateral forces arising in this case are mainly compensated by the centrifugal forces acting on the wagon. The uncompensated force, depending on its orientation, creates a contact between the wheel flanges and one or another rail, but at the same time, the contact pressure and, accordingly, their wear will not be comparatively small in comparison with the same parameters in modern railway transport.

А силы от проскальзывания колес из-за разности длин внешнего и внутреннего рельсов не могут влиять на поворот тележек, поскольку последние жестко связаны с рулевой колесной парой.And the forces from wheel slippage due to the difference in the lengths of the outer and inner rails cannot affect the rotation of the bogies, since the latter are rigidly connected to the steering wheel pair.

При указанном оптимальном повороте тележек 2 относительно вагонной рамы 1 на любом криволинейном участке пути угол поворота α звена 8 (см фиг. 2) больше угла β второго такого же звена, а передаточные отношения в кинематической связи штока 6 с поворотным основанием тележек не одинаковы. Это обеспечено перемещением штока 6 якорем электромагнитного привода 7 в сторону движения состава, при этом плечо рычага

поворотного звена 8 с этой стороны уменьшено, а с противоположной стороны увеличено.With the indicated optimal rotation of the bogies 2 relative to the carriage frame 1 on any curved section of the track, the rotation angle α of link 8 (see Fig. 2) is greater than the angle β of the second same link, and the gear ratios in the kinematic connection of the rod 6 with the rotary base of the bogies are not the same. This is ensured by the movement of the rod 6 by the armature of the electromagnetic drive 7 in the direction of movement of the composition, while the lever arm

the rotary link 8 on this side is reduced, and on the opposite side is increased.

Все параметры звеньев кинематической системы определяются проектными расчетами в зависимости от параметров ходовой части пожвижного состава.All parameters of the links of the kinematic system are determined by design calculations depending on the parameters of the running gear of the rolling stock.

Внедрение предлагаемого технического решения прозволит резко сократить эксплуатационные затраты, а - главное - предельно снизить вероятность аварийных ситуаций, связанных с износом системы "колесо-рельс".The implementation of the proposed technical solution will drastically reduce operating costs, and - most importantly - ultimately reduce the likelihood of accidents associated with the wear of the wheel-rail system.

Claims

The running gear of the rolling stock with frames supported by two running trolleys, characterized in that under the middle part of each frame there is an additional steering steering wheel pair with the possibility of lateral movement relative to the frame and having kinematic connection with the rotary structure of the running trolleys, the gear ratio being from the steering wheel pair to each running trolley it depends on the direction of movement of the train, which ensures the optimal angle of rotation on the curved sections of the rail track.