Тележка высокоскоростного рельсового транспорта

 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к высокоскоростному подвижному составу. Технический результат - исключение схода подвижного состава с рельсов при высоких скоростях и уменьшение износа рельсов и колес подвижного состава. Устройство содержит тележку, имеющую колеса, которые взаимодействуют с одним рельсом и расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях. Причем колеса соприкасаются друг с другом фасками, а каждое колесо опирается цилиндрической поверхностью катания на соответствующую поверхность катания четырехгранной главы рельса. Гребни колес, которые охватывают четырехгранный рельс снизу, и поверхности катания колес образуют с рельсом продольно-подвижное неразъемное соединение, исключающее сход колес с рельсов. Несущие балки тележки упруго соединены с несущими балками аналогичной тележки, движущейся по параллельному рельсу, с возможностью образования единой четырехколесной тележки, упруго соединенной с экипажем. 5 ил.

Предлагаемое изобретение относится к высокоскоростному, колесному рельсовому транспорту как пассажирскому, так и грузовому.

Известна двухосная тележка с жесткой базой, составляющей 2,74 части от диаметра колеса [1]. В этой тележке имеются две колесные пары, подвешенные к ее раме на рессорах. Каждая из колесных пар имеет два колеса с внутренними гребнями на бандаже и жестко посаженные на общий вал колеса.

Поверхность катания колес по рельсу имеет сложный многоконусный профиль, взаимодействующий с выпуклым профилем главы рельса не только поверхностью катания, но и гребнем.

Примем известное решение за аналог. На железнодорожном транспорте рельсовый путь и колесная пара являются единым механизмом. В аналоге рельсоколесный механизм работает плохо, что подтверждается многочисленными крушениями, вызванными проваливанием колесных пар между рельсов. Это ярко иллюстрирует рисунок из книги Фришмана М.А. [1, рис.109]. Часто величина опирания колеса на рельс совершенно недостаточна.

Кроме того, в аналоге имеется существенный недостаток - жесткое соединение двух колес с валом и, как следствие, виляющее движение колесной пары. Этот недостаток был незаметен при малых скоростях подвижного состава. При современных скоростях провоцирует фантастические затраты на техническое обслуживание рельсовых дорог, а для высокоскоростных магистралей существующий механизм - "колесная пара - рельсовый путь" - должен быть заменен более надежным.

Следствием виляющего движения колесной пары являются динамические с большой силой и высокой частотой боковые удары по рельсу. Этим динамическим нагрузкам приходится противопоставлять сложные и дорогостоящие инженерные решения.

В течение последних десятилетий резко возрастают темпы износа колес, рельсов и подвижного состава. Типичным стало ненормальное явление, когда колеса и рельсы практически перестают изнашиваться по поверхностям катания. Взаимодействие колес и рельсов происходит через гребни колес, которые взаимно срезаются и истираются [2, с.36].

Недостаток, изначально заложенный в механизм "колесная пара - рельсы", заключается в том, что ему запрограммировано выполнение одновременно трех функций: опорно-несущей, направляющей и функции дифференциала жесткой посадки колес на вал, возникает проскальзывание колес, особенно на кривых участках пути, что приводит к интенсивному износу колес, рельсов и расстраивает рельсовый путь. К тому же сложный профиль поверхности катания очень быстро нарушается. Из-за коничности колес рельсы ставят не вертикально, а с внутренней подуклонкой, что усложняет конструкцию креплений и повышает расходы на текущее содержание пути. При виляющем движении колесные пары проходят в единицу времени больший путь по рельсу, нежели сам экипаж, что вызывает ускоренный износ трущихся поверхностей.

Технический результат изобретения - исключение схода подвижного состава с рельсов при скоростях до 500 км/ч и уменьшение износа рельсов и подвижного состава.

Технический результат достигнут тем, что тележка высокоскоростного рельсового транспорта содержит подрессоренную раму и колеса с подшипниками. Колеса тележки, взаимодействующие с одним рельсом, расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях и соприкасаются друг с другом фасками.

Каждое колесо опирается цилиндрической поверхностью катания на соответствующую поверхность катания четырехгранной главы рельса. Гребни колес, которые охватывают четырехгранный рельс снизу, и поверхности катания колес образуют с рельсом продольно-подвижное неразъемное соединение, исключающее сход колес с рельсов.

Каждое колесо снабжено двуплечим валом, перпендикулярным плоскости колеса, причем внутренние плечи вала ориентированы вверх и снабжены ролико-шариковыми упорными подшипниками.

Каждый из этих подшипников размещен в гнезде рамы, соединенной с несущими балками, а наружные плечи валов снабжены роликовыми цилиндрическими подшипниками, размещенными в теле коромысла, опирающегося своими концами на раму тележки.

Несущие балки тележки упруго соединены с несущими балками аналогичной тележки, движущейся по параллельному рельсу, с возможностью образования единой четырехколесной тележки, упруго соединенной с экипажем. Рама тележки выполняется прокатом.

На фиг. 1 показана четырехколесная тележка для высокоскоростного рельсового транспорта, состоящая из двух упруго соединенных двухколесных тележек; на фиг.2 - вид А сбоку; на фиг.3 - рельс со срезными боковыми углами; на фиг.4 - ролико-шариковый упорный подшипник; на фиг.5 - сечение рамы, выполненной из прокатной заготовки.

Каждая из двухколесных тележек, движущихся по своему рельсу, содержит: несущую балку 1, соединенную с рамой 2, заготовка для которой выполнена на прокатном стане; два грузовых колеса 3, вращающихся во взаимно ортогональных плоскостях и опирающихся на четырехгранную главу 4 рамы, выполненной прокатом, и рельса 5. Каждая двухколесная тележка, движущаяся по своему рельсу, образует с ним продольно-подвижное неразъемное соединение!! Две двухколесные тележки, движущиеся по параллельным рельсам двухколейного пути, соединены друг с другом посредством упругого элемента 6 и образуют четырехколесную тележку, на которую экипаж 7 опирается посредством рессор 8.

Рама 2 тележки выполнена симметричной прокатной относительно вертикальной оси и снабжена гнездами для подшипников и фланцами для соединения с несущими балками 1. В каждое грузовое колесо 3 впрессован двуплечий вал а, имеющие внутреннее и наружное плечи, а каждое из колес имеет внешний гребень b, кольцевую канавку с и фаску d.

Внутреннее плечо вала а посажено в стакан ролико-шарикового упорного подшипника е, большой стакан которого размещен в гнезде рамы 2. Торец вала а через упорный подшипник е передает сжимающие усилия на раму 2 двухколесной тележки.

Внешнее плечо вала а колеса 3 снабжено роликовым цилиндрическим подшипником f коромыслом, размещенным в теле 9, передающего своими концами опорные реакции на раму 2 тележки коромысла 9, соединенной по концам элементами 10, воспринимающими распор.

Работа конструкции Вертикальное воздействие Р от экипажа, передаваемое на двухколесную тележку, распределяется на два колеса и затем передается в зоне контакта каждого из колес на соответствующую грань главы рельса по всей ширине грани. Фаски d колес касаются друг друга по линии симметрии двухколесной тележки. Внешние b гребни каждого из колес обхватывают боковые углы главы рельса 4 снизу, но не касаются главы рельса. Между гребнем b и главой 4 всегда имеется зазор Δ, равный 1/20...1/25 ширины поверхности катания колеса. То есть гребни выполняют аварийные функции, образуя продольно-подвижное неразъемное (!) соединение каждой двухколесной тележки с рельсом.

Исключение контакта между гребнем и главой рельса резко уменьшает износ как рельсов, так и колес! Горизонтальные усилия Т воспринимаются одним или другим колесом двухколесной тележки и через систему подшипников передаются на раму 2.

Несоответствие расстояния между осями рельсов расстоянию между центрами сблокированных двухколесных тележек вызывает упругую деформацию амортизатора 6, избыточные силы компенсируются, и износ рельсов и колес снижается.

Изготовление рамы 2 высокоскоростной тележки Заготовка для рамы 2 изготавливается на прокатном стане, чем обеспечена высокая надежность рамы. Гнезда для упорных ролико-шариковых подшипников выпрессовываются в заготовке в горячем состоянии, и затем производится механическая обработка на обычных расточных станках.

С целью повышения выносливости рамы все сварные соединения исключены! Соединения рамы 2 с несущими балками выполнены посредством полых заклепок с внедренными сердечниками [3], имеющими большую надежность, чем применяемые в настоящее время фрикционные соединения на болтах или шпильках.

Особенности сборки высокоскоростных тележек При сборке высокоскоростных тележек рельсового транспорта в депо они размещаются на специальных рельсах (фиг.3) с главой, у которой боковые углы срезаны, то есть неразъемность двухколесной тележки с рельсом устранена. Тележки собираются отдельно, и затем собранная четырехколесная тележка мостовым краном устанавливается на рельс (фиг.3).

На выходе из депо рельсы со срезанными боковыми углами соединены с рельсами, обеспечивающими неразъемность тележек с рельсом (фиг.1), и при движении состав заходит на эти рельсы и в дальнейшем движется только по ним.

Стрелочные переводы для специальных рельсов разработаны, и заявка на изобретение также будет отправлена.

Сопоставление тележки высокоскоростного рельсового транспорта с аналогом показывает ее существенные отличия.

Тележка образует с рельсами продольно-подвижное неразъемное (!) соединение, исключающее сход состава с рельсов! - Резко уменьшен износ колес и рельсов, так как устранено проскальзывание колес (каждое из колес вращается на своих подшипниках) и гребни не трутся о главу рельса! - Центр тяжести состава понижен и тем самым устойчивость его повышена. Облегчен вход и выход людей из вагонов, так как уровень пола понижен.

- Уменьшен расход электроэнергии, так как сопротивление движению уменьшено.

- Упрощена рама тележки и повышена ее надежность, так как она изготавливается из прокатной заготовки.

Экономический эффект возникает из-за: - Сохранения жизни людей, так как сход составов с рельсов исключен!
- Уменьшения расходов на содержание рельсового пути и экипажей, так как износ рельсов и колес резко снижен!
- Уменьшения расходов на строительство платформ для посадки, так как уровень пола поездов понижен;
- Повышения надежности рельсовых путей, так как новые рельсы обладают высокими изгибными и крутильными характеристиками и надежно закрепляются на шпалах.

Источники информации
1. Фришман Н.А. Как работает путь под поездами. - М.: Транспорт, 1983 - 168 с.

2. Никифоров Б.Д., академик / Железнодорожный транспорт, 1995, 10.

3. Нежданов К. К., Васильев А.В., Калмыков В.А. Нежданов А.К. Способ и устройство для неподвижного соединения. Патент России 2114328. Бюл. 18, зарег. 27.06.1998.

Формула изобретения

Тележка высокоскоростного рельсового транспорта, содержащая подрессоренную раму и колеса с подшипниками, отличающаяся тем, что колеса тележки, взаимодействующие с одним рельсом, расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях и соприкасаются друг с другом фасками, причем каждое колесо опирается цилиндрической поверхностью катания на соответствующую поверхность катания четырехгранной главы рельса, при этом гребни колес, которые охватывают четырехгранный рельс снизу, и поверхности катания колес образуют с рельсом продольно-подвижное неразъемное соединение, исключающее сход колес с рельсов, каждое колесо снабжено двуплечим валом, перпендикулярным плоскости колеса, причем внутренние плечи валов ориентированы вверх и снабжены ролико-шариковыми упорными подшипниками, каждый из которых размещен в гнезде рамы, соединенной с несущими балками, а наружные плечи валов снабжены роликовыми цилиндрическими подшипниками, размещенными в теле коромысла, опирающегося своими концами на раму тележки, причем несущие балки тележки упруго соединены с несущими балками аналогичной тележки, движущейся по параллельному рельсу, с возможностью образования единой четырехколесной тележки, упруго соединенной с экипажем.

РИСУНКИ

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