Железнодорожная тележка

 

Использование: в конструкциях тележек железнодорожных транспортных средств. Сущность: тележка содержит две продольные балки, шкворневую балку, концы которой соединены с продольными балками при помощи шарнирного рычажного механизма с возможностью перемещения их в плоскостях, перпендикулярных шкворневой балке. Тележка также содержит две оси, расположенные между продольными балками. Шкворневая балка размещена между осями. Шарнирный рычажный механизм состоит из упругих опорных элементов, установленных между наклоненными к продольному направлению шкворневой балки опорными поверхностями, которые выполнены на продольных балках и концевых участках шкворневой балки, на которых выполнены расположенные поперек продольного направления шкворневой балки базовые опоры для взаимодействия с обращенными к ним базовым опорам, выполненным на боковых сторонах продольных балок. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к конструкциям тележек железнодорожного подвижного состава.

Известна железнодорожная тележка, содержащая две продольные балки, по меньшей мере две оси, расположенные между продольными балками, и шкворневую балку, размещенную между осями и концы которой соединены с продольными балками при помощи шарнирного рычажного механизма с возможностью перемещения их в плоскостях, перпендикулярных шкворневой балке, и взаимодействия базовых опор балок между собой.

Цель изобретения - повышение эффективности тележки путем уравновешивания перемещений ее элементов в вертикальной плоскости и предотвращения вращения их в горизонтальной плоскости относительно шкворневой балки.

Цель достигнута тем, в железнодорожной тележке, содержащей две продольные балки, по меньшей мере две оси, расположенные между продольными балками, и шкворневую балку, размещенную между осями и концы которой соединены с продольными балками при помощи шарнирного рычажного механизма с возможностью перемещения их в плоскостях, перпендикулярных шкворневой балке, и взаимодействия базовых опор балок между собой, шарнирный рычажный механизм состоит из упругих опорных элементов, установленных по меньшей мере по одному между наклонными к продольному направлению шкворневой балки опорными поверхностями, которые выполнены на продольных балках и концевых участках шкворневой балки, причем на этих концевых участках выполнены расположенные поперек продольного направления шкворневой балки базовые опоры для взаимодействия с обращенными к ним базовыми опорами, которые выполнены на боковых сторонах продольных балок.

Кроме этого, каждый упругий опорный элемент выполнен с возможностью деформации при сдвиге, между упомянутыми наклоненными опорными поверхностями установлены с возможностью взаимодействия с соответствующими опорными наклоненными поверхностями по два упругих опорных элемента, разнесенных один относительно другого вдоль каждой продольной балки, причем опорные поверхности для каждого опорного элемента выполнены с одним и тем же наклоном к продольному направлению шкворневой балки, а опорные поверхности каждого из двух опорных элементов выполнены наклонными к продольному направлению соответствующей продольной балки и друг к другу, при этом опорные поверхности для каждого упругого опорного элемента параллельны, каждый концевой участок шкворневой балки расположен с зазорами относительно противолежащих ему вертикальных поверхностей продольных балок, каждая продольная балка установлена на соответствующий конец каждой оси при помощи упругой подвески, а в центре шкворневой балки выполнена цилиндрическая опора для шарнирного соединения с кузовом вагона.

На фиг. 1 дана железнодорожная тележка, вид сбоку с частичным разрезом одной из подвесок; на фиг. 2 - то же, виду сверху, с частичным разрывом в зоне соединения шкворневой балки с одной из продольных балок; на фиг. 3 - то же, вид спереди с частичным разрезом; на фиг. 4 - шарнирное соединение шкворневой балки с кузовом вагона в увеличенном масштабе; на фиг. 5 - соединение шкворневой балки с продольной балкой при работе.

Железнодорожная тележка содержит две боковые продольные балки 1, основные продольное направление М которых в состоянии покоя параллельно рельсам 2 и средней вертикальной плоскости PP тележки. В дальнейшем все, что параллельно плоскости, образованной рельсами 2, которые принимаются горизонтальными и параллельными, будет описываться как горизонтальное, а все, что перпендикулярно этой плоскости, - как вертикальное.

Две продольные балки 1 опираются на две оси 3, оси 4 которых перпендикулярны плоскости PP. Оси 3 симметрично установлены с каждой стороны от средней вертикальной поперечной плоскости TT тележки. Между продольными балками 1 на каждой оси 3 закреплены два колеса 6. За каждым колесом 6 оси 3 имеют осевое удлинение 7, установленное на подшипнике 8 в осевой буксе 9, закрепленной ниже продольной балки. Основание каждой осевой буксы 9 простирается вперед и назад в виде прилива 11, расположенного примерно в горизонтальной плоскости. Упругая система 12, содержащая в приведенном примере две спиральные пружины с общей вертикальной осью, опирается при сжатии на верхнюю поверхность каждого прилива 11. На каждом конце оси одна из упругих систем 12 опирается непосредственно ниже продольной балки 1. Другая упругая система 12 опирается в крышке 13, смещающейся вниз под действием продольной балки 1 с помощью качающегося звена 14. Из-за наклонного размещения качающегося звена 14 на крышку 13 действует усилие, направленное наклонно вниз, вертикальная составляющая которой сжимает упругую систему 12, а горизонтальная составляющая которой передается на осевую буксу 9 с помощью толкающего устройства 16, подвижно установленного на продольной балке. Толкающее устройство 16 опирается на боковой торец осевой буксы 9 и смещает осевую буксу 9 так, что своим противоположным боковым торцом опирается на соответствующую стенку 17 продольной балки. То есть известным образом во время колебаний подвески осевая букса 9 трется о толкающее устройство 16 и стенку 17 за счет опорного усилителя, пропорционального состоянию сжатия упругих систем 12 и поэтому пропорционального нагрузке, поддерживаемой осью. Это создает демпфирующее действие колебаний, которое пропорционально нагрузке, поддерживаемой осью.

Продольные балки 1 соединены вместе плоскости TT шкворневой или люлечной балкой 18. Центральная часть верхней поверхности шкворневой балки выполнена в виде цилиндрической шарнирной опоры 19 для шарнирного соединения шкворневой балки 18 с кузовом (не показано) вагона. Как показано на фиг. 4, шарнирная опора 19 предназначена для взаимодействия с цилиндрическим шкворнем 21, закрепленным на нижней поверхности кузова вагона и соединенным в осевом направлении со шкворневой балкой с возможностью вращения вокруг центральной вертикальной оси тележки с помощью удерживающего болта 22. Шкворень 21 опирается на основание шарнирной опоры 19 боковым фрикционным блоком 23. Использование цилиндрического шкворня или шарнира становится возможным, поскольку благодаря тележке по изобретению достаточным является, чтобы шкворневая балка 18 могла поворачиваться вокруг одной оси относительно кузова вагона.

Как показано на фиг. 3, на верхней поверхности шкворневой балки 18 вблизи внутреннего торца каждой продольной балки установлены два боковых опорных элемента 37 для кузова вагона. Эти боковые опорные элементы 37 упруго сжимаются и содержат на своих верхних торцах фрикционные накладки 38, предназначенные для того, чтобы фрикционно опираться на нижний торец кузова вагона с целью его поддержания на одинаковом расстоянии от шарнирной опоры 19 и, следовательно, для устранения главной части опрокидывающих нагрузок, которым может подвергаться шарнирная опора, и одновременно с этим для демпфирования за счет трения возможных боковых перемещений тележки относительно кузова вагона.

Каждый конец шкворневой балки 18 расположен в окне 24, выполненном в одной из продольных балок 1. В этом окне между шкворневой балкой 18 и продольной балкой 1 выполнено упругое шарнирное соединение. Этот рычажный механизм предварительно устанавливает каждую продольную балку относительно шкворневой балки 18.

Для достижения этого на внутренней поверхности каждой продольной балки 1, то есть обращенной к другой продольной балке 1, с каждой стороны от окна 24 установлены две фрикционные базовые опоры 26, которые копланарны и параллельны плоскости PP. Кроме того, возле каждого из углов и на каждом из боковых торцов шкворневой балки 18 установлены кронштейны 27, к которым крепятся обращенные соответственно к одной из опор 26 фрикционные базовые опоры 28, которые взаимодействуют с опорами 26 на продольной балке 1 и которые копланарны и перпендикулярны продольному направлению L шкворневой балки 18.

Таким образом, когда опоры 26 и 28 опираются друг на друга, то соответствующая продольная балка 1 имеет прямоугольную форму по отношению к шкворневой балке 18. Кроме того, если две продольные балки 1 находятся в этой конфигурации относительно шкворневой балки 18, то ни одна из продольных балок 1 не находится впереди другой относительно направления движения тележки по рельсам, при условии, что распределение зазоров X и X' (фиг. 1 и 2), которые допускаются с каждой стороны шкворневой балки в окне 24 вдоль продольного направления М, будет одинаковым на двух концах шкворневой балки.

Следует отметить, что каждая продольная балка 1 может поворачиваться в уравновешивающем перемещении вокруг оси, параллельной продольному направлению L шкворневой балки 18, и это не будет приводить к подъему между фрикционными опорами 26 и 28. Такое перемещение требует просто скольжения с трением между этими опорами, что играет баготворную демпфирующую роль.

Такое уравновешивающее перемещение обеспечивается за счет зазоров X и X', первоначально предусмотренных между шкворневой балкой и передней и задней стенками окна 24. Эти зазоры затем принимают клиновидную форму с каждой стороны шкворневой балки, как показано на фиг. 5.

Кроме того, каждый конец шкворневой балки 18 опирается своим основанием на основание окна 24 с помощью двух упругих опорных элементов 32, каждый из которых состоит из массы 33, изготовленной из резины или другого эластомера, установленных между двумя торцевыми пластинами 34 и 36.

В частности, основание окна содержит две опорных поверхности 31 в форме вогнутого двугранного угла, симметричного относительно поперечной плоскости TT, а основание конца шкворневой балки имеет дополняющую выпуклую форму двугранного угла, две опорные поверхности 29 которой, когда тележка находится в состоянии покоя, располагаются по существу параллельно поверхности 31 шкворневой балки. Каждый из двух упругих опорных элементов 32 устанавливается между одной из поверхностей 31 окна 24 и параллельной поверхностью 29 шкворневой балки. Каждый упругий опорный элемент 32 является относительно не сжимающимся, но очень гибким с точки зрения деформации сдвига, в результате чего элемент 32 лишь передает усилия параллельно своим опорным торцам. Таким образом, сжимающие усилия, действующие на каждый из торцов элемента 32, являются по существу перпендикулярными к последним. Каждая из поверхностей 31 и 29 наклонена под углом А (фиг. 3) относительно продольного направления L шкворневой балки 18. Угол А, составляющий примерно 30^o, ориентирован так, что сжимающее усилие упругого элемента 32 (фиг. 3) на соответствующей поверхности 31 окна 24 имеет горизонтальную составляющую F_нт, параллельную L, которая смещает продольную балку 1 в сторону средней продольной плоскости PP и, следовательно, стремится прижать продольную балку ее двумя фрикционными опорами 26 к двум фрикционным опорам 28, которые прочно прикреплены к шкворневой балке 18. Поверхность 31 поэтому направлена наклонно вверх и в сторону плоскости PP.

Следует отметить, что упругий элемент 32 прикладывает к поверхности 29 шкворневой балки 18 усилие, имеющее составляющую, направленную горизонтально наружу тележки, однако это усилие уравновешивается равным и противоположно направленным усилием, создаваемым упругими блоками, на которые опирается другой конец шкворневой балки 18.

Таким образом, поперечная горизонтальная составляющая, создаваемая каждым упругим элементом 32 не взаимодействующей продольной балке 1, имеет тенденцию к постоянному возникновению между опирающимися друг на друга опорами 26 и 28, благодаря которой продольная балка 1 сохраняет свою предпочтительную форму относительно шкворневой балки 18.

Кроме того, как показано на фиг. 1, две поверхности 31 и две поверхности 29 образуют угол В, составляющий примерно 30^o, с продольным направлением М продольной балки 1. Принимая во внимание симметрию относительно плоскости TT, этот наклон приводит к сжимающему усилию F, прикладываемому каждым упругим элементом 32 к соответствующей поверхности 31 окна 24, имеющему горизонтальную составляющую F_HL, параллельную продольному направлению М продольной балки 1. Когда зазоры X и X' равны, то две составляющие F_HL равны и противоположно направлены, т.е. положение является устойчивым. Если зазоры X и X' не равны, то один из упругих элементов 32 сжимается больше, чем другой, и это приводит к двум составляющим F_HL, которые неравны, а их результирующая не равна нулю и стремится сместить продольную балку относительно шкворневой балки в направлении для восстановления равенства между зазорами X и X'.

Поскольку поверхности 29 и 31, между которыми установлены упругие элементы 32, являются по существу параллельными друг другу, то упругие элементы 32 не имеют предварительно никакой сильной тенденции к скольжению параллельно этим торцам под действием нагрузки, при этом такое скольжение не будет создавать никакой работы по отпружиниванию элементов 32. Однако для предварительной установки элементов и предотвращения вредных перемещений предусмотрены стопорный буртик 39 возле верхнего конца поверхности 29 и стопорный буртик 41 возле нижнего конца каждой поверхности 31 для каждого элемента 32 (фиг. 3).

В показанном примере угол А (фиг. 3) выбирается 25^o, а угол B (фиг. 1) выбирается величиной в 30^o.

Резина элементов 32 может иметь твердость по Шору, равную 50.

Размеры (длина и ширина) резиновых элементов 32 выбираются достаточными для того, чтобы они не подвергались слишком сильному сжатию под действием шкворневой и продольных балок.

При эксплуатации за счет действия нагрузки от вагона, которая передается на шарнирную опору 19 центральной части шкворневой балки 18 через шкворень 21, шкворневая балка опирается на продольные балки 1 с помощью упругих элементов 32. Последние при сжимающем и сдвигающем напряжениях допускают относительное скольжение между шкворневой балкой и каждой продольной балкой и создают на продольных балках относительно шкворневой балки усилие, составляющая F_нт (фиг. 4) которого накладывает базовые торцовые поверхности обеих продольных балок, которые образованы опорами 26, на соответствующие базовые торцовые поверхности, образованные опорами 28, шкворневой балки 18. Под действием боковых давлений, передаваемых продольной балке осями, продольная балка имеет тенденцию при движении иметь вредные перемещения, которые будут соответствовать подъему одной из пар опор 26, 28, другой паре опор 26, 28, установленных на другой стороне шкворневой балки, играя роль шарнира. Однако эта тенденция к вредному перемещению устраняется упругими элементами, нагруженными шкворневой балкой 18 и, в частности, составляющей F_нт их сжимающего усилия F. Это усилие пропорционально нагрузке, поддерживаемой шкворневой балкой 5, в результате чего устойчивость увеличивается с нагрузкой, поддерживаемой тележкой, поскольку это является желательным при условии, что вредные усилия сами пропорциональны нагрузке.

С другой стороны, как показано на фиг. 5, упругие элементы 32 противодействуют только небольшому возвратному моменту, противодействующему вращательным перемещениям каждой продольной балки 1 вокруг оси, параллельной продольному направлению шкворневой балки. Во время такого перемещения обычно наблюдается, что один из упругих элементов 32 подвергается перегрузке, тогда как другой, наоборот, помогает перемещению, когда оно соответствует ему для отпружинивания обратно. В таких условиях тележка по изобретению дает возможность двум продольным балкам занимать различные положения вокруг оси, параллельной продольному направлению шкворневой балки, что позволяет распределять нагрузку на четыре колеса 6 тележки, даже когда железнодорожные рельсы сильно деформированы. Все это возможно без того, чтобы наклонять шкворневую балку 18 относительно кузова вагона. Вот почему изобретение допускает использование плоской цилиндрической шарнирной опоры, как описано выше.

Во время сильных ударов между вагонами один из зазоров X или X' может мгновенно исчезнуть и боковой торец шкворневой балки может входить в контакт с боковым торцом окна 24, расположенного напротив. Это не является недостатком, поскольку эти два торца выполнены с учетом таких ударов без повреждения.

Изобретение не ограничивается описанным и показанным примером. Шкворневая балка может вместо поверхностей 29 иметь одну поверхность в форме сектора цилиндра, образующие которого параллельны, кроме разделяющей поверхности 29. Эта цилиндрическая поверхность будет опираться непосредственно двумя своими образующими на поверхности 31 продольной балки.

Можно также выполнять рычажный механизм между шкворневой балкой и каждой продольной балкой, состоящей из соединительной тяги или двух соединительных тяг, направленных вверх и наружу тележки от шкворневой балки к продольной балке. Такая соединительная тяга или тяги будут передавать наклонное усилие, горизонтальная составляющая которого будет толкать продольную балку на базовые опоры 28 шкворневой балки.

Формула изобретения

1. Железнодорожная тележка, содержащая две продольные балки, по меньшей мере две оси, расположенные между продольными балками, и шкворневую балку, размещенную между осями и концы которой соединены с продольными балками при помощи шарнирного рычажного механизма с возможностью перемещения их в плоскостях, перпендикулярных шкворневой балке, и взаимодействия базовых опор балок между собой, отличающаяся тем, что шарнирный рычажный механизм состоит из упругих опорных элементов, установленных по меньшей мере по одному между наклоненными к продольному направлению шкворневой балки опорными поверхностями, которые выполнены на продольных балках и концевых участках шкворневой балки, причем на этих концевых участках выполнены расположенные поперек продольного направления шкворневой балки базовые опоры для взаимодействия с обращенными к ним базовыми опорами, которые выполнены на боковых продольных балок.

2. Тележка по п.1, отличающаяся тем, что каждый упругий опорный элемент выполнен с возможностью деформации при сдвиге.

3. Тележка по п.1, отличающаяся тем, что между упомянутыми наклоненными опорными поверхностями установлены с возможностью взаимодействия с соответствующими опорными наклоненными поверхностями по два упругих опорных элемента, разнесенных вдоль каждой продольной балки, причем опорные поверхности каждых двух опорных элементов выполнены с одним и тем же наклоном к продольному направлению соответствующей проодольной балки и друг к другу.

4. Тележка по пп.1 3, отличающаяся тем, что опорные поверхности для каждого упругого опорного элемента параллельны.

5. Тележка по п. 1, отличающаяся тем, что каждый концевой участок шкворневой балки расположен с зазорами относительно противолежащих ему вертикальных поверхностей продольных балок.

6. Тележка по п.1, отличающаяся тем, что каждая продольная балка установлена на соответствующий конец каждой оси при помощи упругой подвески.

7. Тележка по п.1, отличающаяся тем, что в центре шкворневой балки выполнена цилиндрическая опора для шарнирного соединения с кузовом вагона.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5