RU2813223C1

RU2813223C1 - Articulation unit of freight car body with bogie

Info

Publication number: RU2813223C1
Application number: RU2023112442A
Authority: RU
Inventors: Владислав Владимирович Тюньков; Юлия Владиславовна Воронова; Любовь Анатольевна Мартыненко; Николай Павлович Рычков; Игорь Юрьевич Ермоленко; Дмитрий Олегович Маломыжев
Filing date: 2023-05-11
Publication date: 2024-02-08

Abstract

FIELD: railway transport.

SUBSTANCE: joints between the body of a freight car and a bogie. The assembly contains body sliders, which rest on the bogie sliders on the bolster. The pad of the body frame pivot beam is articulated with the pad of the bogie bolster by means of a pin. The upper and lower vertical axes of the ends of the cylindrical part of the pin are offset relative to each other. The axes are fixed in one piece with the horizontal disk. The disk contains upper and lower surfaces. One surface is made in the shape of a pad, and the other - in the shape of a central plate.

EFFECT: deformations of power units when passing curves are compensated.

1 cl, 1 dwg

Description

Предполагаемое изобретение относится к подвижному составу железнодорожного транспорта.The proposed invention relates to rolling stock of railway transport.

Из уровня техники известен шкворневой узел (ЕР 2631149 А1, опубл. 28.08.2013), выполненный в виде стержня с упорной головкой, который пропущен сквозь центральные отверстия надпятника кузова и пятника тележки, и оснащенный с другой стороны скобой, концы которой стянуты болтом, закрепленным шплинтом. Упорная головка и скоба позволяют зафиксировать соединения надпятника и пятника в вертикальном направлении.A pivot assembly is known from the prior art (EP 2631149 A1, published on August 28, 2013), made in the form of a rod with a thrust head, which is passed through the central holes of the body plate and the bogie plate, and equipped on the other side with a bracket, the ends of which are tightened with a bolt secured cotter pin. The thrust head and bracket allow you to fix the connections of the supra-plate and the heel in the vertical direction.

Технической проблемой, присущей указанному техническому решению, является сложность фиксации шкворня при монтаже кузова на тележку, а также отсутствие решения задачи компенсации бокового воздействия от угловой топологии автосцепок в составе грузовых вагонов при движении в кривых, особенно малого радиуса.The technical problem inherent in the specified technical solution is the difficulty of fixing the kingpin when mounting the body on the bogie, as well as the lack of solution to the problem of compensating for the lateral impact from the angular topology of automatic couplers in freight cars when moving in curves, especially of small radius.

Известен узел соединения кузова грузового вагона с тележкой (RU (11) 2 722 047(13) С1, опубл. 26.05.2020 Бюл. №15) Узел соединения включает шкворневую балку, надрессорную балку, пятник кузова, подпятник тележки и шкворень. Шкворень выполнен в виде стержня со сквозными отверстиями сверху и снизу. В отверстиях установлены верхний П-образный упор и нижний упор с фиксатором. Под верхним упором расположена регулировочная шайба. Конструкция шкворня предназначена для фиксации соединения кузова вагона с тележкой в вертикальной плоскости в условиях ограниченного пространства.A known connection unit between a freight car body and a bogie (RU (11) 2 722 047(13) C1, published on May 26, 2020 Bulletin No. 15) The connection unit includes a pivot beam, a bolster, a body support, a bogie bearing and a king pin. The kingpin is made in the form of a rod with through holes at the top and bottom. An upper U-shaped stop and a lower stop with a lock are installed in the holes. An adjusting washer is located under the upper stop. The design of the kingpin is intended to fix the connection of the car body with the bogie in a vertical plane in limited space.

Технической проблемой, присущей указанному техническому решению, является отсутствие решения задачи компенсации бокового воздействия от угловой топологии автосцепок в составе грузовых вагонов при движении в кривых, особенно для длиннобазовых платформ в кривых малого радиуса.The technical problem inherent in the specified technical solution is the lack of a solution to the problem of compensating for the lateral impact from the angular topology of automatic couplers in freight cars when moving in curves, especially for long-base platforms in small-radius curves.

Из уровня техники известен шкворневой узел полувагона (RU 181825 U1, опубл. 26.07.2018), состоящий из хребтовой и шкворневой балок рамы, надрессорной балки тележки, надпятника, пятника и шкворня, соединяющего раму полувагона и тележку. Шкворень выполнен в виде стержня и пропущен сквозь соосные отверстия хребтовой балки, надпятника, пятника и надрессорной балки, выполненной с подпятником - местом опоры пятника на надрессорной балки. В хребтовой балке установлен элемент, ограничивающий перемещение шкворня вдоль его вертикальной оси.A gondola car pivot assembly is known from the prior art (RU 181825 U1, published on July 26, 2018), consisting of the center and pivot beams of the frame, the bogie bolster, the thrust plate, the footplate and the pivot connecting the gondola car frame and the bogie. The kingpin is made in the form of a rod and is passed through the coaxial holes of the center beam, the pad, the pad and the bolster, made with a pad - the place where the pad rests on the bolster. An element is installed in the center beam that limits the movement of the king pin along its vertical axis.

Технической проблемой, присущей указанному техническому решению, является отсутствие решения задачи компенсации бокового воздействия от угловой топологии автосцепок в составе грузовых вагонов при движении в кривых, особенно малого радиуса.The technical problem inherent in the specified technical solution is the lack of a solution to the problem of compensating for the lateral impact from the angular topology of automatic couplers in freight cars when moving in curves, especially of small radius.

Известно устройство для соединения кузова вагона с тележкой моторного вагона (RU 2355594 С2, опубл. 20.05.2009), содержащее шкворень с пружиной, шкворневую балку рамы вагона, центральную балку тележки, ролик скользуна, верхний скользун, пятник, нижний пятник и амортизатор, и содержит технологический болт, устанавливаемый при замене колесной пары вместо шкворня с пружиной в гнездо, предназначенное для крепления тележки к кузову вагона, с установкой дополнительных опор на раме вагона и дополнительной технологической балки на раме тележки.A device is known for connecting a car body with a motor car bogie (RU 2355594 C2, published on May 20, 2009), containing a king pin with a spring, a car frame pin beam, a central beam of the bogie, a slider roller, an upper slider, a bearing plate, a lower bearing plate and a shock absorber, and contains a technological bolt, installed when replacing a wheel pair instead of a king pin with a spring, in a socket designed for attaching the bogie to the car body, with the installation of additional supports on the car frame and an additional technological beam on the bogie frame.

Технической проблемой, присущей указанному техническому решению, является усложнение конструкции наличием дополнительных технологических элементов и отсутствием решения задачи компенсации бокового воздействия от угловой топологии автосцепок в составе грузовых вагонов в кривых, особенно малого радиуса.The technical problem inherent in the specified technical solution is the complication of the design by the presence of additional technological elements and the lack of a solution to the problem of compensating for the lateral impact from the angular topology of automatic couplers in freight cars in curves, especially of small radius.

Применяемый в настоящее время узел сопряжения грузового вагона с тележкой состоит из хребтовой и шкворневой балок рамы, надрессорной балки тележки, надпятника, пятника и шкворня, сочленяющего раму грузового вагона и тележку. Шкворень выполнен в виде стержня и пропущен сквозь соосные отверстия хребтовой балки, надпятника, пятника и надрессорной балки, выполненной с пятником - местом опоры надпятника на надрессорной балке. Кузов опирается на пятник, включающий наружный и внутренний бурты и опорную поверхность между буртами для надпятника рамы вагона. В отверстие пятника устанавливают шкворень, который является осью вращения тележки относительно кузова при вписывании в кривые. Передача продольных усилий от тележки к раме вагона и обратно осуществляется буртами и шкворнем. Боковые перемещения надрессорной балки амортизируются поперечной упругостью пружин (Быков В.Б., Куликов В.Ф. Конструкция механической части вагонов.- М,: «ФГБОУ УМЦ по обр. на ж. д. тр.», 2016 г.. - 247 с. (стр. 72).The currently used interface between a freight car and a bogie consists of the center and pivot beams of the frame, the bolster of the bogie, the support plate, the center plate and the kingpin that connects the frame of the freight car and the bogie. The pin is made in the form of a rod and is passed through the coaxial holes of the center beam, the pad, the pad and the bolster, made with the pad - the place where the pad is supported on the bolster. The body rests on a platform, which includes outer and inner collars and a supporting surface between the collars for the car frame support plate. A kingpin is installed in the hole of the platform, which is the axis of rotation of the trolley relative to the body when fitting into curves. The transmission of longitudinal forces from the bogie to the car frame and back is carried out by collars and a king pin. Lateral movements of the bolster are damped by the transverse elasticity of the springs (Bykov V.B., Kulikov V.F. Design of the mechanical part of cars. - M,: “FGBOU UMC for equipment on railway tr.,” 2016. - 247 pp. (p. 72).

Одной из технических проблем, присущей указанному техническому решению, является постоянная передача бокового воздействия, формирующегося при проходе вагоном кривых по цепочке автосцепка - клин - поглощающий аппарат - хребтовая балка - надпятник - шкворень - пятник - надрессорная балка - пружинный комплект - боковая балка - буксовый узел - колесная пара - гребень колеса - головка рельса. Это воздействие частично компенсируется зазорами и развивающимся износом контактирующих поверхностей по ходу приведенной конструктивной цепочке деталей. Данное конструктивное решение принимается за прототип с последующей целью решения задачи компенсации возникающего, при проходе кривых, негативного бокового воздействия.One of the technical problems inherent in the specified technical solution is the constant transfer of lateral impact, which is formed when the car passes curves along the chain of automatic coupler - wedge - draft gear - center beam - thrust plate - kingpin - platen - bolster - spring set - side beam - axle box unit - wheelset - wheel flange - rail head. This effect is partially compensated by gaps and developing wear of contacting surfaces along the given structural chain of parts. This design solution is adopted as a prototype with the subsequent goal of solving the problem of compensating for the negative lateral impact that occurs when passing curves.

Таким образом, задачей предполагаемого изобретения является компенсация деформации в узлах и деталях силовой цепочки: «автосцепка - клин - поглощающий аппарат - хребтовая балка - надпятник - шкворень - пятник - надрессорная балка - пружинный комплект - боковая балка - буксовый узел - колесная пара - гребень колеса - головка рельса», от бокового воздействия, возникающего при проходе вагоном кривых.Thus, the objective of the proposed invention is to compensate for deformation in the units and parts of the power chain: “automatic coupler - wedge - draft gear - center beam - thrust plate - kingpin - heel plate - bolster - spring set - side beam - axle box unit - wheelset - wheel flange - rail head”, from the lateral impact that occurs when the car passes curves.

Актуальность задачи в том, что «при проходе вагонов в кривых малого радиуса и особенно при сцеплении вагонов с разной длиной консольной части рамы оси автосцепок отклоняются и на первом этапе подвергаются износу вертикальной стенки хвостовика корпуса автосцепки».(Мотовилов К.В. Технология производства и ремонта вагонов/К.В. Мотовилов, В.С. Лукашук, В.Ф. Криворудченко, А.А. Петров; Под. ред. К.В. Мотовилова. - М: Маршрут, 2001.-382 с. (стр. 293). На последующих этапах узлы и детали по силовой цепочке подвергаются деформации, износу и способствуют сходу колесной пары вагона с рельса.The relevance of the problem is that “when cars pass in curves of small radius and especially when coupling cars with different lengths of the cantilever part of the frame, the axes of the automatic couplers deviate and at the first stage are subject to wear of the vertical wall of the shank of the automatic coupler body.” (Motovilov K.V. Production technology and wagon repair / K.V. Motovilov, V.S. Lukashuk, V.F. Krivorudchenko, A.A. Petrov; Edited by K.V. Motovilov. - M: Route, 2001.-382 pp. (page 293) At subsequent stages, components and parts along the power chain are subject to deformation, wear and contribute to the derailment of the car's wheelset.

При проходе кривой полная величина смешения (выноса) габарита вагона, которая разводит продольные оси вагона и автосцепки, создавая боковое воздействие, зависит от радиуса кривой железнодорожного пути и базы вагона. Смещение средней части вагона геометрически рассчитывается по формуле:When passing a curve, the total amount of displacement (removal) of the car's gauge, which moves the longitudinal axes of the car and the automatic coupler apart, creating a lateral impact, depends on the radius of the curve of the railway track and the base of the car. The displacement of the middle part of the car is geometrically calculated using the formula:

где R - радиус,where R is the radius,

а - угол сегмента,a is the angle of the segment,

h - высота (вынос центра вагона).h - height (removal of the center of the car).

Справочные данные, рассчитанные по формуле приведены в виде таблицы:Reference data calculated using the formula are presented in table form:

Для компенсации части силового воздействия выноса консоли вагона (коррелирует с h, например, h|4) используем адаптивную форму шкворня, например, с функцией эксцентрика (фигура 1). Здесь функция адаптивности позволяет компенсировать величину деформации от бокового воздействия на величину «эксцентричности», например, (h|4), которая конструктивно устанавливается из условия не выхода вагона из нормативного габарита (Методические указания по применению статических и кинематических габаритов подвижного состава на железных дорогах-членах ОСЖД колеи 1435 и 1520 мм./ Р 500/4.- Утв. совещанием Комиссии ОСЖД по инфраструктуре и подвижному составу 18-21 октября 2016. - 86 с.) и в определенной корреляции с величиной выноса консольной части вагона при проходе кривой, особенно малого радиуса.To compensate for part of the force impact of the carriage console extension (correlates with h, for example, h|4), we use an adaptive form of the king pin, for example, with an eccentric function (figure 1). Here, the adaptability function allows you to compensate for the amount of deformation from lateral impact by the amount of “eccentricity”, for example, (h|4), which is structurally established from the condition that the car does not go beyond the standard gauge (Guidelines for the use of static and kinematic dimensions of rolling stock on railways - members of the OSJD gauge 1435 and 1520 mm./ R 500/4.- Approved by the meeting of the OSJD Commission on Infrastructure and Rolling Stock on October 18-21, 2016. - 86 p.) and in a certain correlation with the amount of offset of the cantilever part of the car when passing the curve, especially small radius.

При появлении бокового воздействия от автосцепки соседнего вагона корпус автосцепки отклоняется и далее воздействует на хребтовую балку через посредство ударной розетки и поглощающий аппарат. Надпятник, крепящийся к хребтовой балке, передает вертикальные и горизонтальные нагрузки на пятник при взаимодействии со шкворнем и «предусмотренное конструкцией вертикальное отверстие в центральной части пятника или пятникового места, предназначенное для центрирования кузова вагона или соединительной балки на тележке с помощью шкворня и предусматривающее возможность поворота тележки относительно кузова в горизонтальной плоскости и вертикальное перемещение кузова относительно подпятника надрессорной балки тележки» (ГОСТ 34468-2018 Межгосударственный стандарт. Пятники грузовых вагонов железных дорог колеи 1520 мм/ пункт 3.6). Передача продольных усилий осуществляется шкворнем и буртами пятника. Боковые перемещения надрессорной балки амортизируются деформацией (поперечной упругостью пружин) и частично компенсируются засчет зазоров и износов. Процесс амортизации завершается жестким воздействием через буксовый узел на колесо, гребень которого, взаимодействуя с головкой рельса, участвует во взаимном износе, а при вероятном сочетании нескольких дополнительных факторов происходит сход колесной пары и тележки в целом.When a lateral impact occurs from the automatic coupler of an adjacent car, the body of the automatic coupler is deflected and then acts on the center beam through the impact socket and the draft gear. The support plate, attached to the center beam, transfers vertical and horizontal loads to the platform when interacting with the pivot and “a vertical hole provided by the design in the central part of the platform or the center point, intended for centering the car body or connecting beam on the bogie using a pin and providing the possibility of turning the bogie relative to the body in the horizontal plane and vertical movement of the body relative to the bolster of the bogie bolster" (GOST 34468-2018 Interstate standard. Bearings of freight cars on 1520 mm gauge railways / clause 3.6). The transmission of longitudinal forces is carried out by the pin and the collars of the heel. Lateral movements of the bolster are damped by deformation (transverse elasticity of the springs) and are partially compensated by gaps and wear. The depreciation process ends with a harsh impact through the axle box unit on the wheel, the ridge of which, interacting with the rail head, participates in mutual wear, and with a possible combination of several additional factors, the wheelset and the bogie as a whole come off.

Техническим результатом предполагаемого изобретения является решение задачи придания узлу сочленения кузова вагона с тележкой (шкворню) дополнительного свойства адаптивности к боковому силовому воздействию и его частичной или полной компенсации, при полном сохранении всех других положительных (нормируемых) свойств прототипа.The technical result of the proposed invention is the solution to the problem of giving the articulation unit of the car body with the bogie (king pin) the additional property of adaptability to lateral force effects and its partial or complete compensation, while fully maintaining all other positive (standardized) properties of the prototype.

В связи с этим, предполагаемое изобретение отличается от ближайших аналогов тем, что шкворень для узла сочленения кузова вагона с тележкой, выполнен с эксцентричной средней частью в виде диска, имеющего верхнюю и нижнюю поверхности, повторяющие размеры и форму пятника и надпятника соответственно, и смещенные центры на величину, например, h|4, которая устанавливается (определяется) с учетом выноса консольной части вагона при проходе кривых железнодорожного пути.In this regard, the proposed invention differs from its closest analogues in that the pin for the articulation unit of the car body with the bogie is made with an eccentric middle part in the form of a disk having upper and lower surfaces repeating the dimensions and shape of the heel and pad, respectively, and offset centers by a value, for example, h|4, which is set (determined) taking into account the removal of the cantilever part of the car when passing curves of the railway track.

Сущность предполагаемого изобретения поясняется фиг.1 - «Эскиз адаптивного (эксцентричного) шкворня грузового вагона», где показан эскиз формы предлагаемого шкворня грузового вагона, проявляющего свойство адаптивности засчет эксцентричного расположения вертикальных осей своих цилиндрических концов.The essence of the proposed invention is illustrated in Fig. 1 - “Sketch of an adaptive (eccentric) kingpin of a freight car”, which shows a sketch of the shape of the proposed kingpin of a freight car, which exhibits the property of adaptability due to the eccentric arrangement of the vertical axes of its cylindrical ends.

Шкворень геометрически формируется из следующих компонент: нижний цилиндрический стержень 1, который составляет единое целое с дисковой частью 2; дисковая часть шкворня 2, которая имеет форму надпятника своей нижней поверхности 4 и форму пятника верхней своей поверхности 5; цилиндрический стержень 3, который составляет единое целое с дисковой частью 2. Вертикальные оси нижней и верхней цилиндрических частей разнесены, например, на величину h|4, зафиксированную дисковой частью шкворня.The king pin is geometrically formed from the following components: a lower cylindrical rod 1, which is integral with the disk part 2; the disk part of the kingpin 2, which has the shape of a pad on its lower surface 4 and the shape of a pad on its upper surface 5; cylindrical rod 3, which is integral with the disk part 2. The vertical axes of the lower and upper cylindrical parts are spaced, for example, by the amount h|4, fixed by the disk part of the kingpin.

При установке на тележку шкворень своим нижним концом входит в отверстие пятника до совмещения опорной поверхности пятника с нижней поверхностью диска шкворня, которая (нижняя поверхность диска) имеет форму надпятника. Далее, при установке кузова грузового вагона, верхняя цилиндрическая часть шкворня входит в отверстие надпятника до контакта верхней поверхности дисковой части шкворня, имеющего форму пятника, с поверхностью надпятника шкворневой балки рамы вагона. Узел сочленения в данном случае, изначально имеет смещение относительно друг друга вертикальных осей пятника и надпятника (h|4), которое преимущественно не более величины смещения по горизонтали, возникающего при проходе кривой, которое в сумме включает имеющиеся зазоры, износ контактирующих поверхностей и боковую деформацию пружинного комплекта.When installed on a trolley, the lower end of the kingpin enters the hole in the heel until the supporting surface of the heel aligns with the lower surface of the kingpin disk, which (the lower surface of the disk) has the shape of a supra-thrust. Next, when installing the body of a freight car, the upper cylindrical part of the king pin enters the hole of the pin until the upper surface of the disc part of the pin, which has the shape of a pin, contacts the surface of the pin of the king pin beam of the car frame. The articulation unit in this case initially has a displacement relative to each other of the vertical axes of the heel and the heel (h|4), which is predominantly no more than the amount of horizontal displacement that occurs when passing the curve, which in total includes the existing gaps, wear of the contacting surfaces and lateral deformation spring kit.

Заявляемая конструкция шкворня обеспечивает придание шкворневой части узла сочленений рамы кузова грузового вагона с надрессорной балкой тележки адаптивной функции, частично или полностью компенсирующей боковое воздействие, которое возникает при прохождении вагоном, в составе поезда, кривых железнодорожного пути. Таким образом, минимизируется силовое воздействие, приводящее к износу контактирующих поверхностей кинематической цепочки: «автосцепка - клин - поглощающий аппарат - хребтовая балка - надпятник - шкворень - пятник - надрессорная балка - пружинный комплект - боковая балка - буксовый узел - колесная пара - гребень колеса - головка рельса», вплоть до излома корпуса автосцепки и способствуя сходу колесной пары с рельса. Проведенное физическое моделирование приданной шкворню адаптивной функции подтвердило реальность положительного результата, в том числе того факта, что интегрированная вертикальная нагрузка грузового вагона не выходит за пределы смещения, возникающего при работе прототипа, но при этом без негативного износа контактирующих поверхностей и деформации рессорного комплекта.The inventive design of the kingpin ensures that the kingpin part of the articulation unit of the freight car body frame with the bogie bolster has an adaptive function, partially or fully compensating for the lateral impact that occurs when the car, as part of a train, passes curves on the railway track. Thus, the force impact leading to wear of the contacting surfaces of the kinematic chain is minimized: “automatic coupler - wedge - draft gear - center beam - thrust pad - king pin - heel plate - bolster - spring set - side beam - axle box unit - wheelset - wheel flange - rail head", up to the breaking of the automatic coupler body and contributing to the derailment of the wheelset. The physical modeling of the adaptive function attached to the kingpin confirmed the reality of the positive result, including the fact that the integrated vertical load of the freight car does not exceed the limits of the displacement that occurs during operation of the prototype, but without negative wear of the contacting surfaces and deformation of the spring set.

Claims

An articulation unit for a freight car body with a bogie, containing carriage body sliders resting on the bogie sliders located on a bolster with a central hole in the bolster, a pivot beam pin of the car body frame articulated with the bogie platform by means of a pin inserted with one cylindrical end into the central hole of the bolster bolster beams, and the other cylindrical end into the central hole of the centerplate of the pivot beam, characterized in that the pin's vertical axes of the upper and lower ends of its cylindrical part are shifted relative to each other and fixed in one piece with a horizontal disk having horizontal surfaces in contact, respectively, with the pad and the collar: one in the shape of the bolster of the bolster and the other in the shape of the bolster of the pivot beam of the freight car frame.