Устройство для передачи поперечных горизонтальных сил от кузова на две тележки транспортного средства

 

Использование: в железнодорожном транспорте. Сущность изобретения: устройство выполнено в виде гибкого звена 4 из нерастяжимой нити (троса), имеющего форму замкнутой прямоугольной петли, расположенной в горизонтальной плоскости. Петля охватывает четыре ролика 5 - 8, установленных на кузове 1 с возможностью вращения относительно вертикальных осей. Продольные участки 9 и 10 балансирующей петли размещены вдоль боковин кузова 1. Поперечные участки 11 и 12 расположены в поперечных плоскостях, проходящих через центры тележек 2 и 3, с которыми соединены соответствующие участки петли. Одно или оба соединения выполнены с помощью упругого или упругодиссипативного аппарата 13, что уменьшает приведенную массу тележек 2 и 3. Упругий элемент возвращающего аппарата 13 может быть выполнен в виде витой цилиндрической пружины и установлен в корпусе возвращающего аппарата 13 с преднатягом. Создаваемая этим нелинейность характеристики возвращающего аппарата 13 дополнительно улучшает динамические характеристики транспортного средства. Кинематическая схема устройства обусловливает такие же перемещения в балансирующем механизме, как и перемещения кузова 1 на тележках 2 и 3, что обеспечивает его незначительную динамическую нагруженность и высокую надежность. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к колесному (в частности железнодорожному) транспорту и касается устройств, соединяющих тележки с кузовом железнодорожных транспортных средств.

Известно устройство для передачи поперечных горизонтальных сил от кузова на тележки железнодорожного транспортного средства, состоящее из узла балансированной связи кузова с двумя тележками, выполненного в виде балансирной балки, размещенной на уровне нижнего габаритного очертания и соединенной шарнирно серединой со шкворнем кузова, а по концам - со шкворнями тележек.

Недостаток аналога - большой вес устройства, так как поперечная сила, передаваемая от кузова на тележки, достигает 100-150 кН, а распределяется она между тележками балансиром балочного типа, т.е. работающим на изгиб. Длина же такой балки весьма велика, поскольку этот балансир связывает между собой шарниры, расположенные в центрах тележек. Отсутствие упругих элементов в данном устройстве обусловливает низкие динамические качества железнодорожного транспортного средства, выражающиеся повышенным воздействием на путь, большими ускорениями кузова и высокой динамической нагруженностью несущих элементов кузова и тележек.

Наиболее близким к заявляемому объекту техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство для передачи поперечных горизонтальных усилий от кузова на тележки железнодорожного транспортного средства, выполненное в виде четырех ортогонально закрепленных на кузове блоков, охваченных гибкой связью, два поперечных участка которой закреплены на соответствующих тележках, а продольные участки соединены друг с другом в поперечном направлении посредством натяжного приспособления. Необходимым условием обеспечения поперечной горизонтальной подвижности кузова относительно тележек на некоторую величину является превышение общей длины замкнутой петли гибкой связи по сравнению с минимальным периметром натяжения на величину, четырехкратно превышающую указанную величину поперечного горизонтального перемещения кузова на тележках.

Недостаток прототипа - практическая невозможность создания надежного устройства при указанных особенностях его схемы. Масса колеблющегося узла этого устройства, складываясь из масс упругого элемента, натяжных роликов и части тросов, в сумме составляет несколько десятков килограммов, а амплитуда его перемещений приблизительно на порядок больше амплитуды перемещений кузова на тележках. Внутренние динамические силы в устройстве при таких параметрах будут, очевидно, весьма велики. Этим и определяется очень большая сложность создания надежно работающего устройства по схеме прототипа.

Цель изобретения - повышение надежности узла балансированной связи устройства для передачи поперечных горизонтальных сил от кузова на две тележки транспортного средства.

В предложенном устройстве для передачи поперечных горизонтальных сил от кузова на две тележки транспортного средства, имеющего не менее трех тележек под одним жестким кузовом, содержащем узел балансированной связи тележек с кузовом, этот узел выполнен в виде гибкого звена из нерастяжимой нити, имеющего форму замкнутой петли, расположенной в горизонтальной плоскости и охватывающей четыре ролика, установленных на кузове с возможностью вращения относительно вертикальных осей, причем указанная петля имеет два поперечных участка, расположенных в поперечных плоскостях, проходящих через центры тележек, с которыми соединены соответствующие участки петли. Петля выполнена прямоугольной формы, ее два участка расположены вдоль кузова. По крайней мере один из поперечных участков соединен с соответствующей тележкой через промежуточный упругий или упругодиссипативный возвращающий аппарат. Поперечная горизонтальная связь кузова с тележками может быть выполнена с применением возвращающего аппарата, содержащего включенный в поперечный участок жесткий стержень, который соединен с тележкой через упругое звено.

В предлагаемом устройстве поперечной горизонтальной связи кузова с двумя тележками транспортного средства, имеющего по крайней мере три тележки под одним жестким кузовом, балансирование поперечных сил, передаваемых в связях каждой сопряженной тележки с кузовом, осуществлено гибким звеном из нерастяжимой нити (троса), имеющим форму замкнутой петли прямоугольной формы, охватывающей установленные на кузове ролики так, что длина петли равна периметру контура охвата роликов. Благодаря этому форма петли при горизонтальных перемещениях тележек относительно кузова сохраняется неизменной, что обеспечивает отсутствие поперечных рабочих перемещений гибкого звена относительно его оси и, тем самым, его наименьшую динамическую нагруженность. Каждая из сопряженных по балансирующей связи тележек может быть соединена с соответствующим поперечным участком петли через промежуточный упругий или упругодиссипативный возвращающий аппарат, что, обеспечивая необходимую динамику колебаний кузова на тележках, одновременно определяет минимальную внутреннюю динамическую нагруженность балансирующей системы. Обе указанные отличительные особенности конструктивной схемы и принцип работы предлагаемого устройства обусловливают повышение надежности узла балансированной связи тележек с кузовом транспортного средства, которое в сравнении с прототипом определяется следующими факторами: - более рациональный главной кинематической схемой механизма, благодаря чему кинематические параметры динамических перемещений любого его звена не превышают соответствующих параметров динамических перемещений тележек относительно кузова, тогда как у прототипа они больше в несколько раз, что делает очень сложным создание надежного устройства балансированной связи тележек с кузовом по схеме прототипа: - более рациональной схемой размещения и нагружения упругих связей (возвращающих аппаратов), что позволяет существенно упростить их конструкцию и, тем самым, повысить надежность; - сокращением в полтора раза (с шести до минимально необходимого четырех) количества роликов в балансирующем тросовом механизме. При этом все четыре оставшиеся ролика установлены на неподвижных осях, закрепленных на кузове; в прототипе же имеется еще два дополнительных ролика, входящих в очень тяжело нагруженный по динамике узел упругого стягивания противоположных ветвей петли тросового балансирующего механизма; - меньшей общей нагруженностью устройства благодаря прямолинейности всех участков гибких связей и обусловленному этим отсутствию дополнительных внутренних сил.

На фиг. 1 изображено устройство поперечной горизонтальной связи двух тележек с кузовом, вид сверху; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - устройство упругого возвращающего аппарата, связывающего тележку с балансирующей тросовой системой, разрез по оси ее поперечного участка.

Устройство для передачи поперечных горизонтальных сил от кузова I на тележки 2 и 3 транспортного средства содержит узел балансированной связи, основными элементами которого являются гибкое звено 4 из нерастяжимой нити (например стального троса), имеющее форму замкнутой петли, расположенной в горизонтальной плоскости и охватывающей четыре ролика 5-8, установленных на кузове 1 с возможностью свободного вращения относительно вертикальных осей. Петля имеет прямоугольную форму. Ее продольные участки 9 и 10 прямолинейны и расположены вдоль кузова, а два поперечных участка 11 и 12 расположены в поперечных плоскостях, проходящих через центры тележек 2 и 3, с которыми соответственно соединены указанные поперечные участки 11 и 12 балансирующего гибкого звена 4. По крайней мере один из поперечных участков 11 или 12 гибкого звена 4 соединен с соответствующей тележкой 2 или 3 через промежуточный упругий или упругодиссипативный возвращающий аппарат 13 или 14. Возможно также одновременное соединение обеих тележек 2 и 3 с поперечными участками 11 и 12 балансирующего гибкого звена 4 через возвращающие аппараты 13 и 14 указанного типа (фиг.1). Отличительная особенность возвращающего аппарата 13 (возвращающие аппараты 13 и 14 одинаковы), обеспечивающая упругую связь тележки 2 с поперечным участком 11 гибкого балансирующего звена 4 и, тем самым, с кузовом 1, - состоит в том, что он выполнен в виде включенного в поперечный участок 11 петли гибкого балансирующего звена 4 элемента 15 (например жесткого прямолинейного стержня), который соединен с тележкой 2 через упругое звено 16, выполненное, например, в виде витой цилиндрической пружины (фиг. 3). Для возможности использования одной и той же пружины 16 при работе в обоих направлениях она заключена между двумя шайбами 17 и 18, установленными на стержне 15 между упорами 19 и 20, и помещена в корпус 21 возвращающего аппарата 13, упорные кольцевые поверхности которого для шайб 17 и 18 отстоят одна от другой на таком же расстоянии, как и расстояние между упорами 19 и 20 на стержне 15. Для возможности регулировки натяжения гибкого балансирующего звена 4 и поперечного положения кузова 1 на тележках 2 и 3 установленные на стержне 15 возвращающего аппарата 13 упоры 19 и 20 снабжены регулировочными узлами 22 и 23 (например винтовыми).

Работает предлагаемое устройство следующим образом.

При положении транспортного средства на прямом участке пути и отсутствии поперечных горизонтальных сил, действующих со стороны кузова 1 на тележки 2 и 3, центры тележек расположены в продольной плоскости симметрии кузова 1. Все элементы устройства не нагружены. При действии поперечных горизонтальных сил между кузовом 1 и тележками 2 и 3 эти силы передаются поперечными участками 11 и 12 гибкого балансирующего звена 4 от тележек 2 и 3 на ролики 5-8, поперечные горизонтальные составляющие реакций в опорах которых являются силами, передаваемыми от тележек 2 и 3 на кузов 1. Продольные составляющие реакций в опорах роликов 5-8, замыкаясь на кузове 1, противодействуют продольным стягиванием силам в продольных участках 9 и 10 петли гибкого балансирующего звена 4. При этом в зависимости от направления передаваемых сил происходит попеременное нагружение левых (условно) или правых узлов балансированной связи кузова 1 с тележками 2 и 3.

В частности, при действии сил, стремящихся сдвинуть кузов 1 относительно тележек 2 и 3 влево (на фиг.1 - вниз), нагружается растягивающими силами левая (на фиг.1 - нижняя) часть петли 4. Правая (на фиг.1 - верхняя) ее часть не нагружена. При этом благодаря связи поперечных участков 11 и 12 петли гибкого балансирующего звена 4 продольным участком 10 поперечные горизонтальные силы, передаваемые от кузова 1 на тележки 2 и 3, всегда взаимно равны.

При действии сил противоположного направления - стремящихся сдвинуть кузов 1 относительно тележек 2 и 3 вправо (на фиг.1 - вверх) работает аналогично описанному другая, правая сторона узла балансированной связи предлагаемого устройства.

Для движения в кривых необходима возможность поперечного горизонтального смещения тележек 2 и 3 относительно друг друга, в частности, в противоположные стороны от рассмотренного среднего положения. Заданное распределение поперечных горизонтальных сил, передаваемых от кузова 1 на тележки 2 и 3, должно сохраняться. Эти оба условия в предлагаемом устройстве автоматически выполняются в любом режиме за счет того, что поперечные связи 11 и 12 каждой тележки 2 и 3 с кузовом 1 соединены при помощи системы роликов 5-8 между собой продольными участками 9 и 10 балансирующего гибкого звена 4. Свободное вращение роликов 5-8 обеспечивает возможность деформации первоначально прямоугольной петли гибкого балансирующего звена 4 в форму параллелограмма при сохранении неизменным любого натяжения указанной нити 4. Этим обеспечивается заданное распределение поперечных горизонтальных сил, передаваемых от кузова 1 на тележки 2 и 3 в условиях движения по кривым.

Высокие динамические качества транспортного средства с предложенным устройством балансированной поперечной горизонтальной связи кузова 1 с тележками 2 и 3 достигаются, согласно изобретению, благодаря связи тележек 2 и 3 с поперечными участками 11 и 12 гибкой балансирующей связи 4 через упругие или упруго-диссипативные возвращающие аппараты 13 и 14. Центральный элемент каждого из них - стержень 15, кинематически представляющий собой прямую вставку поперечного участка 11 или 12 балансирующей петли 4, т.е. он работает как отрезок указанных участков.

Рассмотрим, например, работу возвращающего аппарата 13, связывающего с балансирующим гибким звеном 4 тележку 2.

При приложении силы к стержню 15, направленной слева направо (фиг.3), закрепленный на стержне 15 левый упор 19 через шайбу 17 передает нагрузку на левый торец пружины 16 и далее через ее правый торец и шайбу 18 - на корпус 21 возвращающего аппарата 13, жестко закрепленного на средней поперечной балке рамы тележки 2. При противоположном направлении силы закрепленной на стержне 15 правый упор 20 через шайбу 18 передает нагрузку на правый торец пружины 16 и через ее левый торец и шайбу 17 - на корпус 21 возвращающего аппарата 13. Этим обеспечивается рациональное использование пружины 16 как упругого элемента двухстороннего действия.

Пружина 16 в корпусе 21 возвращающего аппарата 13 может быть установлена с преднатягом. Это обеспечивает нелинейность характеристики поперечной горизонтальной связи кузова 1 с тележками 2 и 3, что дополнительно улучшает динамические качества транспортного средства.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ПОПЕРЕЧНЫХ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СИЛ ОТ КУЗОВА НА ДВЕ ТЕЛЕЖКИ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, содержащее четыре ролика, расположенных в горизонтальной плоскости и установленных на кузове по углам ортогонально ориентированного относительно продольной оси кузова прямоугольника с возможностью вращения относительно вертикальных осей, гибкое звено в виде охватывающей снаружи ролики замкнутой петли, поперечные участки которой связаны с тележками и расположены в плоскостях, проходящих через их центры, и возвращающий аппарат, отличающееся тем, что петля выполнена длиной, равной периметру охвата роликов, и по крайней мере один из поперечных участков петли соединен с соответствующей тележкой через упругий или упругодиссипативный возвращающий аппарат.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что возвращающий аппарат состоит из включенного в поперечный участок петли жесткого прямолинейного стержня и связывающего его с тележкой упругого звена.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3